Cuviosul Dionisie din Muntele Olimp a trăit spre sfârşitul sec. al XV-lea, începutul sec. al XVI-lea. Fiind egumen al Mănăstirii Filoteu, Cuviosul obişnuia adeseori să meargă în munţi pentru a petrece nopţile în singurătate, iar la ceasurile dimineţii se întorcea iarăşi la mănăstire.

Găsind această peşteră, Cuviosul Dionisie a zidit o chilie şi un mic paraclis închinat Preasfintei Treimi. Nepurtând grijă de hrana trupească, el se hrănea numai cu castane sălbatice. Ca mărturie a acestei nevoinţe, până astăzi peştera este înconjurată de castani.

Iscându-se o neînţelegere în obştea Mănăstirii Filoteu, Cuviosul Dionisie, împreună cu o mică parte din obște, a plecat din Muntele Athos şi s-a dus pe Muntele Olimp din Tessalia, unde a construit o mănăstire cu hramul Preasfintei Treimi.

Astăzi, chilia din Peştera Preasfintei Treimi este considerată Katismă şi locul de pelerinaj al Mănăstirii Filoteu.

Pomenirea Sfântului Dionisie din Olimp se face pe data de 23 ianuarie.