Sobrenome ibérico e italiano, com origem em um nome próprio. Dionísio vem do latim Dionisius, que procede do grego Dionysios ou Diónysos, o deus do vinho e das festividades — os romanos o conheciam por Baco. Não há consenso quanto à origem do nome. O primeiro elemento (Dio) viria de Zeus, “brilho” ou “deidade”, enquanto o segundo (nísio) pode estra ligado a anysso, “impelir”, ou a Nisa, nome de um vale na Beócia, Grécia. De toda forma, Dionísio foi usado como prenome antes de ser usado como sobrenome.
Entre os personagens conhecidos, que ajudaram na popularização do nome próprio, temos São Dionísio (ou Saint Denis, em francês), bispo de Paris e mártir cristão, decapitado no século 3. Em Valência, na Espanha, no dia de San Dionisio, 9 de outubro, é celebrado o Dia dos Namorados.
Na Itália, Dionisio aparece como identificação familiar desde pelo menos o século 12. No Brasil, há diversos imigrantes desembarcados no país, principalmente ao longo do século 19. Entre outros, mencionamos o português Adelino Dionísio (1883) e o italiano Alberto Dionisio (1891).
Entre algumas personalidades com este sobrenome destacamos a atriz Isabella Dionísio.