Denise Chalem passe les premieres années de sa vie au Caire. Sa famille quitte l'Égypte suite aux évenements du Canal de Suez et s'installe en France. Apres le bac, elle prépare un DEUG d'études théâtrales et de lettres a Censier, ou elle suit les cours de Jacques Lassalle. Elle est ensuite l'éleve de l'école de Robert Hossein a Reims, avant d'intégrer leConservatoire national supérieur d'art dramatique dans la classe d'Antoine Vitez (Promotion 1977). Au théâtre, sous la direction de Gabriel Garran, Jean-Pierre Vincent, Bernard Murat, Marcel Bluwal ou Stéphane Hillel, elle joue des classiques, (Moliere, Marivaux, Beaumarchais, Hugo), des auteurs actuels comme Herb Gardner et Anne-Marie Étienne, mais aussi ses propres textes. C'est en 1980 qu'elle écrit sa premiere piece A cinquante ans, elle découvrait la mer, qu'elle interprete la meme année avecIsabelle Sadoyan, et qui sera traduite dans huit langues. Viennent ensuite La Nuit de cristal; Prague, mille quatre-vingt quatorze kilometres, texte commandé pour la collection télévisée d'Antenne 2 Théâtre pour demain et interprété par Marie-Christine Barrault ; Selon toute ressemblance ; Couki et Louki sont sur un bateau, spectacle créé en 1987 au Théâtre de l'Escalier d'Or ; Le Temps arreté, qui met en scene les relations de Coco Chanel et Paul Morand ; et Dis a ma fille que je pars en voyage, l'histoire de deux femmes partageant la meme cellule. Cette piece remportera deux Molieres en 2005. En2011, elle interprete Aller chercher demain avec Michel Aumont au Théâtre de Paris. Elle est également l'auteur d'une nouvelle, Yvonne, publiée par la revue Autrement, et de scénarios pour la télévision, dontNés de la mere du monde qu'elle réalise. Au cinéma, elle a notamment tourné sous la direction de Robert Hossein, Bertrand Blier, Bruno Nuytten et Frédéric Schoendoerffer. Elle a joué dans de nombreux téléfilms et séries télévisées.