Сергей Денисов родился 25 февраля 1909 года на хуторе Постоялый, ныне поселок Ольховского района Воронежской области. В Советской Армии с 1929 года. Попадает мотористом в один из авиаполков. По решению командования способного парня направляют в тренировочный летный отряд в Бобруйск. 

В 1931 году молодого летчика направляют в 11 иаэ 111 иаб ЛВО. В Испании с ноября 1936 года по 7 апреля 1937 года. Одержал 7 побед (из них четыре - в группе). 4 июля 1937 году Денисову было присвоено звание Героя Советского Союза.

После возвращения принимает командование 42-й авиационной бригадой в Бобруйске. Участник боев на реке Халкин - Гол в 1939 году и советско - финской войны 1939 -  1940 гг., был начальником ВВС 7-й Армии. За умелое руководство боевыми действиями ВВС Армии при прорыве линии Маннергейма Сергею Прокофьевичу Денисову было присвоено звание Дважды Героя Советского Союза (Указ от 21 марта 1940 г).

4 июня 1940 года присвоено звание генерал - лейтенанта авиации. С апреля 1940 года -  командующий ВВС Закавказского Военного Округа. В Великую Отечественную войну - начальник Качинской школы пилотов, затем командовал 238-й ИАД. С 1944 по 1947 гг. на руководящей работе в Управлении ВВС Советской Армии . В 1947 году уволен в запас по болезни.

Умер 16 июня 1971 года.  Похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве.