Denise Beitelschmidt studierte Ingenieurgeologie an der Technischen Universität München. Nach mehreren Jahren im pädagogischen Umfeld wurde sie als wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Komplexe Materialien des Leibniz Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden tätig und promovierte zu mechanischen Eigenschaften metallischer Gläser an der Technischen Universität Dresden. Es folgte eine leitende wissenschaftliche Position am Lehrstuhl Kraftfahrzeugtechnik der TU Dresden, an dem sie eine Fachgruppe „Leichtbau, Werkstoffe und Alterungsprozesse“ aufbaute. Nach einem Forschungs- und Lehraufenthalt an der University of Illinois at Chicago (UIC), USA,  übernahm Denise Beitelschmidt die Geschäftsfeldleitung der Thermischen Oberflächentechnik am Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahlforschung (IWS) in Dresden. Hierzu erhielt sie von der Fraunhofer Gesellschaft den Talenta Excellence Grant. Seit 2019 leitet Denise Beitelschmidt das Global Industry Management der ZwickRoell Gruppe und ist mit ihren Mitarbeitern für Beratung und Umsetzung der branchenspezifischen Ziele des Unternehmens verantwortlich. Denise Beitelschmidt ist Mitglied mehrerer Industriebeiräte von Forschungseinrichtungen sowie Mitglied des Managementkreises von MaterialDigital. Sie ist verheiratet und Mutter von vier erwachsenen Kindern.