Гончаренко є вихованцем херсонського «Дніпра», де грав за юнацькі склади у різних вікових категоріях, здобувши срібло у чемпіонаті U-16 та бронзу у змаганнях U-19. Після цього Денис перейшов до київського «Сокола», кольори якого захищав до сезону 2022/2023. Зі столичною командою Гончаренко здобув золото чемпіонату та виборов Кубок України.
Далі у Дениса розпочався закордонний етап кар’єри. У США український нападник виступав у складі «Міссіссіпі Сі Вулвз» та «Віллмер ВорХоукс», а в Європі – мав досвід гри за литовський «Каунас Сіті» й італійський «Перджине».
Окрім того, Гончаренко викликався до молодіжної збірної U-20 та національної збірної України.
З сезону 2025/2026 – гравець «Київ Кепіталз».
