2003年，参加《Seventeen》在日本的比赛，赢得“Miss Seventeen 2003”的头衔。随即成为《Seventeen》的专属模特。10月4日，与演员泽井美优合作参演《美少女战士》在日本首播。
2006年5月3日，与佐佐木藏之介、中岛美雪主演的电影《间宫兄弟》。5月27日，与竹财辉之助主演的电影《水生花》在日本上映。6月16日，参演的电影《速度与激情3》在美国上映。9月，二十岁的北川正式离开《Seventeen》杂志。10月7日，与江口德子、原田夏希主演电影《樱桃派》上映。
2007年2月3日，与本仮屋唯佳主演的电影《亲爱的朋友》在日本上映，由两泽和幸执导。6月2日，与长泽雅美主演《等待，只为与你相遇》。10月6日，与丰川悦司主演的电影《南方大作战》在日本上映。10月12日，与谷原章介、高冈苍佑、浅见伶奈主演的电视剧《抹布女孩》首播。10月20日，与伊原刚志主演的电影《夺命追杀》上映。
2008年7月21日，参演织田裕二主演的电视剧《太阳与海的教室》首播。11月1日，与冢地武雅、谷原章介主演喜剧电影《变身西装 》在日本首映。
2009年6月13日，主演的电影《盛夏猎户座》在日本上映。7月13日，参演山下智久主演的电视剧《零秒出手》首播。10月30日，参演的喜剧电影《我买单》上映。
2010年1月10日，主演的《笔谈女公关》上映。3月13日，主演的电影《花痕》上映。5月10日，参演的电视剧《月之恋人》首播。6月19日，主演电影《瞬》首播。10月9日，参演电影《通往死刑台的电梯》上映。
2011年1月7日，主演电视剧《LADY最后的犯罪画像》首播。6月4日，与向井理主演的电影《天堂之吻》上映。8月5日，主演的战争结束纪念特别剧《这个世界的角落》上映。10月18日，主演的电视剧《推理要在晚餐后》首播。
2012年1月7日，配音动画《魔法树屋》首播。
2013年11月9日，与深田恭子主演电影《室友》上映，故事改编自今年春天去世的著名推理小说作家今邑彩发表与1997年的同名小说。
2014年2月1日，与锦户亮主演的电影《想要拥抱你》在日本上映。同年主演电影版《噩梦小姐》，夏季与木村拓哉出演《律政英雄2（HERO2）》。
2015年7月9日，主演电视剧《侦探的侦探》在日本富士电视台播出，在剧中饰演女侦探纱崎玲奈，并首次挑战武打动作戏，7月18日，电影《律政英雄》上映。
