Денис Сергеевич Гребешков родился в Ярослвле, 11 октября 1983 года. Денис является воспитанником ярославского хоккейного клуба «Локомотива».
На данный момент играет за санкт-петербургский клуб «СКА». Начинал свою хоккейную карьеру Денис Гребешков в ярославском «Локомотиве», и уже с 2001 года активно выступал за свою команду. В начале 2002 года участвовал в драфте НХЛ, где бы выбран командой «Los Angeles Kings» уже в самом первом раунде. В 2003 году Денис перешел играть в НХЛ, а именно в «Los Angeles Kings», где особо не смог себя показать. Потом несколько лет Денис менял команды, но в 2006 обрел спокойствие в своем родном клубе «Локомотив» и поиграл за нее целый год. В 2007 снова уехал в НХЛ, в команду «Edmonton Oilers», в обмен на Марка-Андре Бержерона, и играл за команду целые два года. В 2010 году Денис вернулся на родину и начал играть за санкт-петербургский «СКА».
Денис Гребешков выступает за национальную сборную России по хоккею в качестве защитника. Денис был чемпионом мира два раза (было это в 2008 и 2009 годах).