茨城県行方郡麻生町（現・行方市）の生まれ。父は大阪商船欧州航路の機関士で、生後まもなく兵庫県に戻り、1937年に東京市豊島区池袋（現・東京都豊島区）に転居。戦時中は茨城県へ疎開し、戦後は閑静な住宅街でピアノを習って、バレリーナに憧れる少女時代を過ごした。自宅の隣に住む義理の叔父が、47年に発足した新東宝の宣伝課長・永島一朗で、永島を訪ねる映画人たちに間近に接したが、作る側への興味は当初まったくなかったという。49年、都立第十高等女学校（現・豊島高校）を卒業。同年に東京新聞が各映画会社と協賛した新人発掘イベント“ニューフェイス・ノミネーション”を知る。自分の仕事と言えるものを望んでいた責任感の強い少女には魅力的で、女優業の大変さを知る永島の反対を押し切って応募し、約6000名の中から合格。永島の斡旋で新東宝に入社する。３カ月の養成期間（演技レッスンやエキストラ）を経験、「帰国（ダモイ）」49で一言だけ台詞をもらう。50年、島耕二監督「窓から飛び出せ」の主演・大日向伝の隣家の娘役に抜擢される。実は「また逢う日まで」の撮影が延びた久我美子の代役で、説明を受ける間もないほど慌ただしいスケジュールだったが、その分、プレッシャーを感じずに臨む。言われるままだったという自然体の演技が好評で、この年、阿部豊監督「細雪」など７本に次々と出演した。都会的な現代劇が主だったが、中川信夫監督「若様侍捕物帳・謎の能面屋敷」で時代劇にも初出演、必要な所作を学ぶ。51年も成瀬巳喜男監督「銀座化粧」など順調に７本に出演。新東宝の売り出し戦略のもと、スター俳優の妹役を続ける。特に育成役として大事にしてくれたのは俳優出身の島耕二監督で、「東京のヒロイン」50、「孔雀の園」51などで明るい娘の役に扮しながら徐々に場面を増やす。当時の新東宝には新興会社らしい自由な空気があり、演技指導に虚心で従う真面目な態度と理解力が先輩俳優やスタッフに可愛がられた。仕事を夢中で楽しむ間に素直な魅力がさらに引き出された女優人生の基盤となる重要な時期と言える。52年、「おかあさん」で成瀬巳喜男監督に再び起用され、未亡人・田中絹代のクリーニング業を手伝いながら成長していく娘を細やかな生活描写の中で溌剌と演じて、初めて女優としての手応えを掴む。成瀬にとっても戦中戦後の長いスランプから復調、大家として返り咲いた時期の作品で、ともに代表作となった。「おかあさん」撮影後の６月、「自分のことは自分で決めたい」（本人）性格と、より良い作品に出たい意欲から新東宝を離れフリーとなる。多くのスターが映画会社と専属契約を結んでいた時代には珍しい選択だったが、前年に新東宝のプロデューサーに転じていた叔父・永島の理解とバックアップが支えとなり、順調に出演依頼が舞い込む。フリー転身後の最初の仕事場は大映で、股旅物「勘太郎月夜唄」52では長谷川一夫と初共演。成瀬が大映で撮った「稲妻」52では山手のお嬢さん役で高峰秀子と共演する。この年の秋は東映で、沖縄戦で玉砕したひめゆり部隊を描く「ひめゆりの塔」に参加。若い女優に内面からの表現を求める今井正監督の演出を体験する。公開は53年まで伸びたが結果は東映の経済基盤を立て直す大ヒット。演技を通して社会にメッセージを伝える女優の意義と責任を深く自覚するようになり、新世紀プロの家城巳代治監督「ともしび」54など、低予算でも熱意のある独立プロ作品に積極的に参加するきっかけとなる。53年は松竹にも招かれ、大船での３本目が小津安二郎監督「東京物語」。兄や姉の不人情を許せなく思う老夫婦の末娘・京子役。俳優に厳密な動きを求める小津の指示に気負うことなく従い、世界映画史に名を刻む作品の重要な役どころを全うする。現場では小津の演出に緊張するより、原節子と会える喜びが勝っていたという。女優の垢のつかない伸び伸びとした資質を作り手から評したものでよく知られているのが、成瀬巳喜男が同年に読売新聞に寄稿したコラム。「香川君の良さは、素直な素朴な演技と、何か清潔なものを感じさせるというようなところ」「そうしたものが初めの頃からずっと失われずにいる」「町のそこここでみかける娘さんという感じ」という賛辞は当時の人気と監督たちの起用意欲、両方を代弁する。54年、大映の溝口健二監督「山椒大夫」に安寿姫役で出演。執拗なテストの繰り返しで俳優を追い詰める溝口のリアリズム演出はすでに伝説的だったが、年の近い安寿姫をすぐに理解し、難しい注文もないまま好演。ヴェネチア国際映画祭に出席し、銀獅子賞を手に帰国する。直ちに溝口が次回作「近松物語」54の、長谷川一夫の茂兵衛と不義密通する人妻おさん役に指名。今まで演じたことのない大役に戸惑うが、若い清純派スターに悲劇の道行をあえて演じさせる溝口の意図は強固で、「山椒大夫」の時とは一転してとことん絞られる。逃げ出したくなるほどの苦しさを味わい、必死の念がもたらした力演で女優としての幅を広げる。さらに難度の高いレベルを求めたのが東宝の豊田四郎監督で、「猫と庄造と二人のをんな」56では森繁久彌の後妻に収まった欲望に忠実な娘・福子というイメージとかけ離れた役を振られる。豊田の厳しい指導に耐え、普段の自分には無い剥き出しの感情を引き出す。巨匠の作品に打ち込む傍ら娯楽作や小品にも出演が続くが、年齢的にも若手スターからの卒業が求められるようになる。その時期にステップとなったのが黒澤明作品。初出演の「どん底」57では、長年虐げられて屈折した人間不信の娘・おかよ役。入念なリハーサルを経て難しい役になりきり、高く評価される。「悪い奴ほどよく眠る」60では打算で自分と結婚した主人公をそれでも愛する女、「天国と地獄」63では息子を誘拐される母親。男性的な黒澤作品における女性の存在は、登場が少ないゆえに重要な意味を持つと正確に捉え、黒澤の深い信頼を得る。63年、連載記事の写真モデルになったのが縁で出会った読売新聞社会部記者・牧野拓司と結婚。式を挙げてすぐに「赤ひげ」の撮影に入る。可憐な町娘として登場し実は色情狂という役で、清廉な美しさを失わずにいながら巨匠たちの苛烈な要求に真摯に応えてきたキャリアの集大成を思わせる凄演を見せる。65年に「赤ひげ」が公開されたのち、長女を出産。女優とは違う人生を経験したい希望もあり、特派員となった夫とともに渡米、映画界を離れてニューヨークで約３年暮らす。その間に長男を出産。帰国後の活動は映画の斜陽化でテレビドラマが中心になり、TBS『ママ日曜でありがとう』『肝っ玉かあさん』68などに出演。映画の復帰作は山本薩夫監督「華麗なる一族」74。その後は山田洋次監督「男はつらいよ・寅次郎春の夢」79での第24代マドンナ役などがありつつ、主婦業を優先する生活が続く。90年、久々の本格的な映画となる熊井啓監督「式部物語」で、腰の曲がった老け役に挑戦。病気の息子（奥田瑛二）に無償の愛を注ぐ老母を一心に演じ、キネマ旬報賞助演女優賞。92年、元ひめゆり学徒の体験談をまとめた『ひめゆりの祈り・沖縄のメッセージ』を出版する。「ひめゆりの塔」に出演して以来心に留め、取材してきた個人的テーマの成果だった。93年には「まあだだよ」の先生（松村達雄）の奥さん役で「赤ひげ」以来28年ぶりに黒澤作品に出演。長年連れ添った夫婦の情を細やかに見せて絶賛を浴び、復帰後のピークを飾る。以降も黒澤監督の愛弟子・小泉堯史監督の「阿弥陀堂だより」02、同世代のテレビドラマ演出家・せんぼんよしこの映画デビュー作「赤い鯨と白い蛇」06などに出演。数々の巨匠の現場を肌で知る証言者としてシンポジウムなどにも数多く招かれ、求められた場でベストを尽くすデビュー以来の信条を現在まで貫いている。98年に紫綬褒章、2004年に旭日小綬章を受章。