1979年，当时仍在青山学院大学求学的川岛直美以歌手身份正式出道，她作为早期女大学生艺人的代表人物之一，受到了广泛的关注与欢迎。1980年9月22日，她首次亮相电视剧，出演的作品《ただいま放课后II》于当日播出。进入1981年10月，川岛直美获选担任广播节目《ミスDJリク エストパレード》的第一代主持人，由于她当时尚未毕业，仍是一名在校大学生，因此被媒体亲切地称为“女大学生DJ”。1982年，她的演艺事业进一步发展，成为中京电视台制作节目《お笑いマンガ道场》的第三代正式女性成员，由此获得了更高的知名度；同年6月1日，她推出了首张个人音乐专辑《ハロー！（Naomi First）》；随后在12月1日，第二张专辑《SO LONG》也顺利发行，这张专辑总共收录了十一首音乐作品。1984年8月18日，川岛直美发行了单曲《想い出のビッグ･ウェンズデイ》；同年12月，她的个人写真集《24carat》也正式面世。1986年4月23日，专辑《TOKIO APPLAUSE》发行，其中同样收录了十一首歌曲。1988年，她参演了由爱川钦也、黑泽年雄共同领衔主演的电视剧系列《美人杀しシリーズ》的第七部，在剧中饰演相田博士的助手“嫩叶香味”一角。1990年4月23日，她出演的大河剧《大冈越前》第十一部首播。1991年10月14日，她参演的另一部大河剧《大冈越前》第十二部播出。1992年11月16日，她出演的大河剧《大冈越前》第十二部也正式首播。1993年7月，她推出了写真集《WOMAN》；9月30日，由她主演的爱情题材电视剧《饭店一族特别篇：姐姐无法相信东京~长崎的新婚旅行的事件~》播出；11月8日，她参与的舞台剧《スーパーミュージカル「源氏物语」》首次公演；12月22日，她的精选音乐专辑《W》发行，该专辑共收录了十四首歌曲。1994年1月15日，她与岩下志麻、山下真司、清水宏次朗等演员共同出演的黑帮题材电影《新极道之妻：恋上即是地狱》上映；6月22日，由她领衔主演的惊悚动作片《女囚处刑人玛利亚》登陆大银幕。1996年4月15日，她与菅野美穗、冈田义德、榎本佳奈子共同主演的爱情剧《蜥蜴女孩》播出，川岛直美在剧中饰演对长女怀有厌恶情绪的母亲“青岛百合子”；6月1日，她与岩下志麻、片濑梨乃、工藤静香等联袂出演的黑帮电影《极道之妻：危险的赌注》上映。1997年7月7日，她搭档古谷一行主演的爱情伦理剧《失乐园》播出，川岛直美成功塑造了因丈夫缺乏生活情趣而陷入婚外情的妻子“松原凛子”；10月18日，她与柄本明、大泽树生联合出演的剧情片《键》上映，她在片中饰演容貌美艳的年轻妻子“安西郁子”。1998年，她与内藤刚志、泽村一树、酒井美纪共同主演了情感剧《红花》，川岛直美饰演了陷入不伦恋情的上班族“木之内冬子”。2000年，她参演了由森田刚、山口纱弥加、田边诚一等主演的电视剧《月下棋士》。2001年，她出演了由高桥克典、加藤爱、中岛美嘉等主演的都市情感剧《新宿伤痕恋歌》，在剧中饰演用毕生心血养育子女的单身母亲“岛崎绫”。2002年，她出演了由辻仁成编剧并执导，井川遥、萩原圣人、杉本哲太等主演的爱情电影《目下恋人》。2004年4月13日，由阿部宽、筱原凉子等领衔主演的家庭喜剧《居家老爸》首播，川岛直美饰演性格傲慢的幼儿园园长“岩崎真理江”。2005年4月19日，她与稻森泉、释由美子、要润等联袂出演的都市爱情剧《拐角的女人》首播，她在剧中饰演极受欢迎的散文作家“一条杏子”。2006年，她出演的律政题材电视剧《七个女律师》播出。2007年4月17日，她与观月亚理莎、照屋年之、蛯原友里等共同出演的家庭喜剧《鬼嫁日记2》播出。2008年，她客串出演了由夏帆、吉泽悠、中越典子等主演的推理剧《四姐妹侦探团》。2009年4月6日，由吉井怜、宫地真绪领衔主演的都市情感剧《egoist》首播，川岛直美在剧中饰演娱乐圈中的顶尖女演员“西条玲子”。2011年8月30日，由川岛直美领衔主演的舞台剧《秘祭》首次公演。2012年10月13日，她出演的爱情剧《丘比特的恶作剧》首播；12月19日，她与浅野优子、吉田荣作、角野卓造等共同出演的推理剧《作家探侦·山村美纱2·京都红叶寺杀人事件～秋の七草の秘密～》播出。2013年3月6日，她与内山理名、古谷一行等联袂出演的传记题材电视剧《大原丽子 炎のように》播出；12月7日，她搭档饭田基祐主演的剧情片《水果》上映。2014年11月17日，川岛直美荣获第19届“美甲女王”协会颁发的特别奖项。2016年7月13日，由川岛直美生前参与拍摄的刑侦剧《多摩南署たたき上げ刑事・近松丙吉 眼前の杀人者》在东京电视台播出。
二零零九年二月，日本女演员川岛直美与知名法式蛋糕师铠冢俊彦正式登记结婚；同年六月三日，两人在风景优美的意大利托斯卡纳地区举办了一场温馨的婚礼；随后于六月二十三日在东京都内举行了盛大的婚宴，邀请了众多亲友共同庆祝。在此之前，川岛直美已于二零零八年受聘于广岛国际学院大学，担任为期两年的客座教授，主要为学生讲授“恋爱论”课程，分享她对于情感与人际关系的见解。私生活中，川岛直美以喜爱犬只而广为人知，她饲养了两只名为“肉桂”和“可可”的长毛腊肠犬，时常在社交场合提及它们带来的陪伴与欢乐。二零一四年一月，川岛直美的健康出现状况，她因确诊胆管癌而接受了手术治疗。此后她的健康状况持续受到影响，最终在二零一五年九月二十三日，由于身体不适不得不中途退出音乐剧《圣诞颂歌》的全国巡回演出；次日，即九月二十四日，川岛直美因罹患肝内胆管癌在东京逝世，终年五十四岁，她的离世令众多影迷与业界同仁深感惋惜。
川岛直美拥有一张典型的精致巴掌脸，面部轮廓清晰而富有立体感，鼻梁小巧挺拔，双唇纤薄秀气。她的眉宇间总萦绕着一抹淡淡的哀愁，这种独特的气质使她格外适合演绎那些充满悲情色彩的苦旦角色。川岛直美的外貌艳丽夺目，在电影《键》中，她几乎完美复刻了原著所描绘的形象：那酥软柔媚的身姿自然而然地流露出女性特有的慵懒与倦怠，令人不禁心生怜爱，又难以移开目光。她的体态匀称得恰到好处，浑圆却不显丰腴，纤瘦而毫无嶙峋之感。一对洁白的珍珠耳环，将她耳垂后那片细腻白皙的肌肤映衬得更加动人；那双熠熠生辉的圆润脚踝生得端正标致，小腿线条则微微向内侧弯曲，形成一种独特的姿态。正是这种姿态，让她即使身着洋装，也能穿出几分和服般含蓄优雅的韵味。