１９９３年２月生まれ。山口県山口市出身。
中学２年の時に全日本卓球選手権で史上最年少のベスト４入りを果たし注目を集める。
2008～09年の高校1年在籍中の1年間でインターハイ、国体、選抜、全日本ジュニアと高校生レベルの国内4大会を高校1年生にして完全制覇という大偉業を達成した。

2011年1月、全日本選手権シングルスで初優勝した。
2015年1月の全日本卓球選手権で女子シングルス、ダブルス、混合ダブルスの三冠達成は1960年の山泉和子以来54年ぶり2人目である。

ロンドンオリンピックでは、シングルスでは、第4シードとして3回戦から登場し、カンビン・リ（オーストリア）を4-2で下すと、4回戦はチェン・リー（ポーランド）を4-1で、準々決勝は王越古（シンガポール）を4-1で破って、オリンピックのシングルスで日本勢男女通じて初めての準決勝進出を達成。メダルを賭けた準決勝は第2シードの李暁霞（中国）に1-4で、3位決定戦は馮天薇（シンガポール）に0-4で敗れて獲得はならなかったが、日本勢史上最高の4位入賞。続く福原愛、平野早矢香とともに出場した団体では準決勝でシンガポールを破り、決勝で中国に敗れたものの2位となり卓球界初のオリンピックメダルとなる銀メダルを獲得した。

帰国後の8月17日には生まれ故郷・山口県山口市で石川佳純本人による人力車によるパレードが行われた。山口市の渡辺純忠市長は「世界を舞台に活躍した石川選手は社会に明るい希望と活力を与えた」とたたえ、「市民栄誉賞」の第一号を贈った。

そして２０１７年の世界卓球選手権混合ダブルスで見事金メダルに輝いた。

長く日本の女子卓球界をけん引してきた福原に代わり、日本のエースに成長。

その容貌も相まって卓球界のアイドルとして人気を博している。

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