Entrée à la Comédie-Française en 1946 ; sociétaire en 1953 ; retraitée en 1973.

Après le Cours Simon, elle est au Conservatoire l'élève de Dussane et d'André Brunot, obtient en 1945 un second prix de Tragédie et un premier prix de Comédie et entre à l'Odéon. À la fusion des deux salles (Luxembourg et Richelieu), elle se retrouve pensionnaire de la Comédie-Française, où elle débute dans Les Mal-aimés de François Mauriac, reprenant le rôle de Mariane créé par Renée Faure.
Denise Noël interprète les princesses de tragédie (Iphigénie, Junie, Sabine, etc.), Mara dans L'Annonce faite à Marie de Claudel, L'Inconnue d'Arras de Salacrou (dont elle jouera plus tard aussi Comme les chardons), Les Caves du Vatican d'André Gide, La Peine capitale de Claude-André Puget... Elle incarne avec passion les héroïnes de Pirandello (la belle-fille de Six Personnages en quête d'auteur et Madame Madeleine de La Volupté de l'honneur) et de Montherlant (Port-Royal et surtout Le Cardinal d'Espagne où, dans le personnage halluciné de Jeanne la folle, elle peut donner toute la mesure de son émotion). Elle joue, dans des registres opposés, Andromaque, Bérénice, Arsinoé (Nicomède) et Zerbinette (Les Fourberies de Scapin), Armande (Les femmes savantes), Climène (La Critique de l’École des femmes), Lisette (Le Prince travesti) et la duchesse d'Albuquerque (Ruy Blas). Elle fait rire dans Le Dindon et Le Sexe faible, émeut dans Crime et châtiment d'après Dostoïevski (rôle de Catherine Marmeladov) et dans Le Songe de Strindberg. Elle fait, dans Le Songe d'une nuit d'été, d'après Shakespeare, une création, pleine de fantaisie, du rôle de Titania.

Après sa retraite, en 1973, elle a travaillé au TNP de Lyon avec Roger Planchon et participé à de très nombreux festivals. On l'a vue à la télévision en 1980 dans une émouvante histoire d'amour entre pensionnaires d'une maison de retraite (Louis et Réjane).