Denessen richt zich in zijn onderzoek op kansenongelijkheid in het onderwijs en hieraan gerelateerde onderwerpen, zoals leraarsverwachtingen, ouderbetrokkenheid en de effecten van bijvoorbeeld selectie en differentiatie in niveaus. Omdat de leraar zowel nauw betrokken is bij de individuele behoeftes van leerlingen als de bredere sociaal-maatschappelijke onderwijsdoelen, is dit vaak een centraal figuur in het onderzoek van Denessen.

In 1999 promoveerde Denessen aan de Radboud Universiteit op een onderzoek naar verschillende opvattingen over goed onderwijs en hoe sociaal-culturele achtergronden, zoals verschillende politieke overtuigingen en religieuze oriëntaties, daar een rol in spelen. Het doel van dit onderzoek was inzicht verschaffen in de achtergrond van kansenongelijkheid in het onderwijs.

Na zijn promotie ging Denessen in 1999 aan de slag als universitair (hoofd-)docent onderwijskunde bij de Radboud Universiteit, waar hij tot heden werkzaam is.

Als hoogleraar bekleedt Denessen daarnaast de Sardes-leerstoel 'Sociaal-culturele achtergronden en differentiatie in het onderwijs' bij het instituut Pedagogische Wetenschappen aan de Universiteit Leiden. Deze leerstoel is in het leven geroepen om de effecten te onderzoeken van maatschappelijke ontwikkelingen op de onderwijskansen van leerlingen met diverse sociaal-culturele achtergronden.