2003年，參加《Seventeen》在日本的比賽，贏得“Miss Seventeen 2003”的頭銜。隨即成為《Seventeen》的專屬模特。10月4日，與演員澤井美優合作參演《美少女戰士》在日本首播 。
2006年5月3日，與佐佐木藏之介、中島美雪主演的電影《間宮兄弟》。5月27日，與竹財輝之助主演的電影《水生花》在日本上映 。6月16日，參演的電影《速度與激情3》在美國上映。9月，二十歲的北川正式離開《Seventeen》雜誌。10月7日，與江口德子、原田夏希主演電影《櫻桃派》上映 。
2007年2月3日，與本仮屋唯佳主演的電影《親愛的朋友》在日本上映，由兩澤和幸執導。6月2日，與長澤雅美主演《等待，只為與妳相遇》。10月6日，與豐川悅司主演的電影《南方大作戰》在日本上映。10月12日，與谷原章介、高岡蒼佑、淺見伶奈主演的電視劇《抹布女孩》首播。10月20日，與伊原剛誌主演的電影《奪命追殺》上映。
2008年7月21日，參演織田裕二主演的電視劇《太陽與海的教室》首播。11月1日，與冢地武雅、谷原章介主演喜劇電影《變身西裝 》在日本首映。
2009年6月13日，主演的電影《盛夏獵戶座》在日本上映。7月13日，參演山下智久主演的電視劇《零秒出手》首播。10月30日，參演的喜劇電影《我買單》上映。
2010年1月10日，主演的《筆談女公關》上映。3月13日，主演的電影《花痕》上映。5月10日，參演的電視劇《月之戀人》首播。6月19日，主演電影《瞬》首播 。10月9日，參演電影《通往死刑臺的電梯》上映 。
2011年1月7日，主演電視劇《LADY最後的犯罪畫像》首播。6月4日，與向井理主演的電影《天堂之吻》上映。8月5日，主演的戰爭結束紀念特別劇《這個世界的角落》上映 。10月18日，主演的電視劇《推理要在晚餐後》首播 。
2012年1月7日，配音動畫《魔法樹屋》首播。
2013年11月9日，與深田恭子主演電影《室友》上映，故事改編自同年春天去世的著名推理小說作家今邑彩發表於1997年的同名小說 。
2014年2月1日，與錦戶亮主演的電影《想要擁抱妳》在日本上映 。同年主演電影版《惡夢小姐》 ，夏季與木村拓哉出演《律政英雄2（HERO2）》。
2015年7月9日，主演電視劇《偵探的偵探》在日本富士電視臺播出 ，在劇中飾演女偵探紗崎玲奈，並首次挑戰武打動作戲 ，7月18日，電影《律政英雄》上映 。
2016年，主演電視劇《黑色樹海》，與向井理、澤村壹樹等合作，這是她初次挑戰松本清張的作品 。