Папен родился во французском городе Блуа в 1647 году. В Университете Анже он изучал медицину и получил степень доктора. Но врачом Папен не стал. Во многом его судьбу предопределила встреча с голландским физиком Х. Гюйгенсом, под влиянием которого Папен начал изучать физику и механику. В 1688 году он опубликовал со своими конструктивными дополнениями описание представленного Гюйгенсом в Парижскую академию наук проекта порохового двигателя в форме цилиндра с поршнем.
Папен изучал работу поршня в цилиндре. В 1690 году в Марбурге он создал паровой двигатель, который совершал полезную работу за счет нагревания и конденсации пара. Это был один из первых паровых котлов. Конструкцию паровой машины (цилиндр и поршень) Дени Папену подсказал Лейбниц.
Папен также предложил конструкцию центробежного насоса, сконструировал печь для плавки стекла, паровую повозку, изобрёл несколько машин для подъёма воды.
С 1707 года он жил в Лондоне. Последняя информация о жизни Дени Папена — его письмо от 23 января 1712 года.
