Diplômé de l'Ecole Polytechnique (promotion 1972) et de l'Ecole nationale supérieure de Techniques Avancées (Génie Atomique de Paris 1978), Denis Flory est le premier français à occuper ce poste depuis la création de l'agence en 1957.

En 1978, Denis Flory débute sa carrière au CEA où il exerce la fonction d'ingénieur au service de la thermohydraulique des réacteurs à neutrons rapides.
En 1984, il est nommé pour trois ans à l'Ambassade de France en URSS, en tant qu'Attaché pour la Science et la Technologie, en charge du dossier nucléaire.
Après avoir occupé durant quatre années, le poste d'ingénieur en Grande Bretagne au Joint European Torus, il rejoint en France le Haut-commissaire à l'Energie atomique, auprès duquel il exerce pendant trois ans la fonction de Conseiller technique.

De 1994 à 2004, Denis Flory est nommé adjoint, puis chef du département de sécurité des matières radioactives à l'IRSN. Il est alors en charge de la sûreté des transports de matières radioactives, de l'application en France des contrôles internationaux nucléaires et de la Convention sur l'interdiction des armes chimiques. Il est également en charge de la protection et du contrôle des matières nucléaires, de la protection des installations nucléaires et des transports contre les actes de malveillance.
Il intègre à nouveau en 2005, l'Ambassade de France en Russie, pour y occuper le poste de Conseiller nucléaire avant son retour à l'IRSN où il est nommé directeur des affaires internationales en septembre 2009. A ce poste, il a participé aux actions de l'IRSN pour développer le réseau européen d'organismes techniques de sûreté ETSON et pour créer l'institut européen de formation à la sûreté ENSTTI.