岐阜県立加茂高等学校卒業後[3]、オフコースの大ファンだった北川は小田和正と同じ大学に入りたいという思いから早稲田大学に合格し、進学[4]した。当初は、地元の東濃信用金庫[7]に勤務する父親に上京を反対されており、「4年で戻る」との誓約書を書いて許可された[3]。
1984年に卒業後[8]、広告代理店に入社するが雑用ばかりの環境に心身ともに疲れ、半年で退社[4]。半年間休養した後、にっかつ撮影所に入社し[4]、勤務しながら脚本を学ぶ[3]。1989年に『月曜 女のサスペンス』(テレビ東京系)の一編『赤い殺意の館』で脚本家デビュー[3](佐治乾と共同執筆)。過去にはペンネームの「月島水樹」名義で執筆した作品もある[9][10]。
1991年に放送された『世にも奇妙な物語』(フジテレビ系)の「ズンドコベロンチョ」で注目を集める[4]。
その時代の最も"旬"な役者、大衆人気の高い役者を積極的に起用するなど、注目度の高い高視聴率恋愛ドラマを連続で生み出したことから「恋愛の神様」と呼ばれるようになる[4][11]。
2000年に『ビューティフルライフ』(TBS系)で第18回向田邦子賞、第8回橋田賞を受賞。
2016年に『月に祈るピエロ』、『月に行く舟』、『三つの月』の脚本によりCBC小嶋賞受賞[12]。
エッセイストとしての著作、『君に話した言葉』などの詩集も多数。『10 minute diary』は『ヤングユー』にて漫画化、ウェブサイトにてドラマ化され、ウェブドラマ第4話では、北川自身が初のメガホンを取り、監督デビューを飾った。2009年2月21日に公開された映画『ハルフウェイ』では、岩井俊二、小林武史らを共同プロデューサーに迎え、初の劇場公開作品となった。
かねてより闘病していることを明かしており、ブログでその日々を綴ったものをまとめた『のんちゃんのふとん』を出版しているが家族が心配するため病名は公表してこなかったが[13]、2015年に病名を明らかにした[14]。もともと腎臓が悪く、16歳のとき「子供は産めない」と告知され1993年に子供をもたないという条件で通信社勤務の男性と結婚したが1997年に思いがけず妊娠、娘を出産した[15][14]。1999年、人間ドックで国指定の難病である炎症性腸疾患(潰瘍性大腸炎)が見つかり、投薬を続けて寛解と再燃を繰り返していたが2010年6月に大腸全摘出手術を受け、症状が落ち着いた。だが2012年、左耳が突然聞こえなくなり突発性難聴と診断され入院するがその後、聴神経腫瘍と判明する[16][14]。左耳は完全失聴したが自身が脚本を書いた同じく失聴したヒロインが登場する『オレンジデイズ』の台詞に励まされたという[17]。
2018年、NHK連続テレビ小説『半分、青い。』の脚本を手掛ける[19]。直後に生放送される『あさイチ』を視聴し、同番組のキャスター陣が行う「朝ドラ受け」にて、博多華丸が展開を批判したため、それに反論したこともある[20][21]。