Ο Διονύσιος Χαριτωνίδης γεννήθηκε στις 22 Μαρτίου 1820 στην Αδριανούπολη, όπου τελείωσε το σχολείο. Από το 1839 εργάστηκε ως δάσκαλος στις Σαράντα Εκκλησιές για οχτώ χρόνια και κατόπιν στο Διδυμότειχο για άλλα τρία.
Το 1851 χειροτονήθηκε Διάκονος στο Οικουμενικό Πατριαρχείο και το 1856, αφού χειροτονήθηκε Πρεσβύτερος, έγινε Πρωτοσύγκελος.
Το 1858 εξελέγη Μητροπολίτης Κρήτης, το 1868 Μητροπολίτης Διδυμοτείχου και από την 1ην Μαΐου 1873 Μητροπολίτης Αδριανουπόλεως.
Στις 6 Φεβρουαρίου 1879, βούλγαροι μπήκαν στο χώρο της Μητρόπολης και κινδύνευσε από την δολοφονική επίθεσή τους. Σώθηκε χάρη στην επέμβαση του Ρώσου στρατηγού Βιλτσεκόφσκυ, αφού η Αδριανούπολη ήταν στην κατοχή του Ρωσικού στρατού.
Από τις 7 Μαρτίου 1880 αναγκάστηκε να πάει στην Κωνσταντινούπολη, καθώς αρρώστησε σοβαρά. Έτσι από το 1880 και έως το 1886 έγινε Μητροπολίτης Νικαίας.
Στις 23 Ιανουαρίου 1887, μετά την παραίτηση του Ιωακείμ Δ΄, εξελέγη Οικουμενικός Πατριάρχης. Χαρακτηριστικό είναι ότι την ημέρα της ενθρονήσεώς του τον «πανηγυρικόν επί τη περιστάσει λόγον εξεφώνησεν από του άμβωνος» ο αρχιμανδρίτης Γ. Παλαμάς, Σχολάρχης τότε της Μεγάλης του Γένους Σχολής.
Ο Διονύσιος ήταν φιλόμουσος, συνετός, αυταρχικός όμως, μη προσκολλώμενος πάντοτε στο γράμμα του νάμου, πολύπειρος και αποστρέφονταν κάθε νεωτερισμό. Ήταν ο τελευταίος Πατριάρχης με αμφίεση κατά το πρότυπο της παλιάς εποχής: «εφόρει αρχαία τουρκικά πέδιλα (μέστια) και περιετύλισσε με μαύρο τουλπάνι (ύφασμα) το καλυμμαύχιον, το επονομαζόμενον κασπαστί» .
Εργάσθηκε για την αγνότητα της χριστιανικής ευσέβειας και της εκκλησιαστικής ζωής, καθώς επίσης για την διατήρηση και στερέωση ιδρυμάτων και θεσμών.
Το 1887 δημοσίευσε τον κανονισμό λειτουργίας της Θεολογικής Σχολής της Χάλκης.
Ενέκρινε, επίσης, τους προβιβασμούς των Επισκοπών α) Λέρου και Καλύμνου, β) Νικοπόλεως του Πόντου, και γ) Ελευθερουπόλεως, σε Μητροπόλεις.
Ο Διονύσιος επέδειξε μεγάλη αποφασιστικότητα στο λεγόμενο «προνομιακό ζήτημα», το οποίο ξεκίνησε όταν ο Σουλτάνος Αβδούλ Χαμίτ ο Β΄ αποφάσισε τον περιορισμό των προνομίων που είχαν οι Χριστιανοί. Σκοπός και προοπτική του ήταν η πλήρης κατάργηση των δικαιωμάτων που είχαν να ρυθμίζουν ως μιλέτ (της ορθόδοξης κοινότητας) θέματα όπως: εκπαίδευση, κλήτευση κληρικών, διαζύγια, κοινωνική πρόνοια με γηροκομεία, ορφανοτροφεία, πτωχοκομεία.
Έτσι, το 1890, ο Πατριάρχης υπέβαλε δύο φορές παραίτηση, στις 23 Ιουλίου και στις 2 Αυγούστου, οι οποίες όμως δεν έγιναν δεκτές. Κήρυξε την Εκκλησία «εν διωγμώ» και από τις 4 Οκτωβρίου 1890 έκλεισε τις εκκλησίες που ανήκαν στο Πατριαρχείο και σταμάτησε κάθε ιεροπραξία.
Με τον τρόπο αυτό φθάσαν στα άκρα οι σχέσεις του Πατριαρχείου με την Πύλη, αλλά και προκλήθηκε παρέμβαση του Τσάρου της Ρωσίας, ο οποίος απείλησε με πόλεμο σε περίπτωση που δε διατηρούνταν τα πατριαρχικά προνόμια. Η Πύλη υποχώρησε και στις 24 Δεκεμβρίου 1890 εξήγγειλε ότι τα προνόμια του Πατριαρχείου παρέμεναν σεβαστά.
Το 1890, επί δικής του πατριαρχίας, εκδόθηκε η Ακολουθία της προπαρασκευής και εψήσεως του Αγίου Μύρου.
Ο Διονύσιος πέθανε από αποπληξία τη νύχτα της Δευτέρας 12 προς 13 Αυγούστου 1891. Η σωρός του ενταφιάστηκε στου τάφους των Πατριαρχών στην Ιερά Μονή του Μπαλουκλή.
Γ.Ρ