1995年、NHKドラマ『大地の子』に主人公の陸一心役で出演し、脚光を浴びる。原作者の山崎豊子は当初本木雅弘を主演に希望していたが、後に「上川でよかった」とエッセイ『大地の子と私』で述懐している。台詞を覚える速さから「サイボーグ」とキャラメルボックス劇団員から評される上川は中国語が大半を占めるこの作品に丸暗記で挑んだ。

現代劇に出演することが多いが、時代劇にも多数出演しており、殺陣や乗馬シーンの美しさや武士らしい佇まいには定評がある。主に女性（特に主婦層）から絶大な支持を受けており、また時代劇俳優としては男性からの人気も高い。

『青の時代』でザテレビジョン最優秀助演男優賞を受賞。日刊スポーツドラマグランプリでは第2回から4年連続で助演男優賞を受賞。

2006年のNHK大河ドラマ『功名が辻』では山内一豊を演じ、妻の千代役である仲間由紀恵と共に主演を果たした。

2007年、『新世紀エヴァンゲリオン』等で知られるガイナックス製作のTVアニメーション『天元突破グレンラガン』に、脚本家中島かずきの提案により、最大の敵アンチ=スパイラル役で声優として出演。この起用は上川本人がガイナックス作品のファンである事を知っていた。

NHKで全国的に知られるようになってからは舞台への出演は激減したが、キャラメルボックスを退団せず、舞台・テレビ等の両面で精力的に活動を続けていた。

2009年7月11日、キャラメルボックスサマーツアー『風を継ぐ者』のパンフレットにて、キャラメルボックスを退団したことを製作総指揮である加藤昌史が発表。同時に、キャラメルボックス生誕25周年である2010年のクリスマスツアーに客演として舞台出演することが発表された。

2009年 12月4日、元舞台女優（25歳）と結婚した。

エピソード

所属していたキャラメルボックス内では「ツッコミ星人」と呼ばれている。これは他人の細かいボケも拾って突っ込んでいることからくるもので、キャラメル内に限らず親交のある人物（唐沢寿明、GLAYのTAKUROなど）にも「上川がいると安心してボケられる」と言われている。
2007年1月26日発売の雑誌「ENGINE」3月号にて、自身がカーマニアであることを明かしている。憧れの車はマクラーレン・F1とのこと。
『白い巨塔』で共演した及川光博曰く、「どんなゲームの、どんな場面でも、必ず攻略方法を知っている」という。
2007年夏ドラマ『花ざかりの君たちへ〜イケメン♂パラダイス〜』ではゲイの保健室校医を演じ、今までのクールなイメージを一新した^[1]。
キャラメルボックス入団以前に、客席へこっそりとラジカセを持ち込み、舞台の音声を録音したことがある。このエピソードは同劇団員の坂口理恵により、2008年公演『水平線の歩き方』上演前説明時に暴露された。
興和の「キャベジンコーワS」のCMでは、焼き鳥、コロッケ、餃子、天ぷら等を食べるシーンが放送されていた（特に天ぷらは上川本人が揚げる所を披露していた）。
NHKの『スタジオパークからこんにちは』の出演時に、常に歯磨きを心掛けており、歯磨きは一日に数回しかも10分以上かけて行うと言っていた。
好きな女性のタイプは「銀河鉄道999」に登場するメーテルと夏目雅子。
上川の母親が独身時代に松任谷由実の実家である荒井呉服店の従業員だったということが松任谷のインターネットラジオで紹介された。（あるパーティ会場で上川が松任谷へ挨拶に訪れた際に上川が語ったそうだが、松任谷は上川の母親が従業員だったとは知らなかったそう。）
『大地の子』での中国残留孤児・陸一心役の中国語台詞は、全て中国語指導者の発音を耳で覚えたものであり、その発音は中国人スタッフですら「上川は中国語が堪能だ」と勘違いしつい中国語で話しかけてしまうほどの仕上がりとなった。但しあくまで耳コピで発音をマスターしただけであり、語彙文法は全く習得していない。

出演

テレビドラマ

コマクノキモチ（日本テレビ）
大地の子（1995年、NHK）- 主演・陸一心（松本勝男）役
NHK朝の連続テレビ小説「ひまわり」（1996年、NHK） - 星野雄治役
涙のアンパンマンマーチ（1997年、TBS）
竜馬がゆく（1997年、TBS）- 主演・坂本龍馬役
NHK大河ドラマ「毛利元就」（1997年、NHK） - 毛利隆元役
月の輝く夜だから（1997年、フジテレビ） - 池田拓郎役
青の時代（1998年、TBS） - 榛名圭一役
新同棲時代～柴門ふみスペシャル（1998年、TBS）
少年たち（1998年12月、NHK）- 主演・広川一役
お水の花道（1999年1月-3月、フジテレビ） - 石崎役
P.S. 元気です、俊平（1999年、TBS） - 市村洗太郎役
抱きしめたい! 世紀末スペシャル（1999年10月、フジテレビ）
シンデレラは眠らない（2000年、日本テレビ） - 剛義則役
君が教えてくれたこと（2000年、TBS） - 狭山慎一役
陰の季節シリーズ（2000年-、TBS）- 主演・二渡真治役
新春ワイド時代劇「宮本武蔵」（2001年、テレビ東京） - 主演・宮本武蔵役
日曜劇場「白い影」（2001年、TBS） - 小橋俊之役
新・お水の花道（2001年、フジテレビ） ― 石崎役
少年たち2（2001年、NHK）- 主演・広川一役
少年たち3（2002年、NHK）- 主演・広川一役
ママの遺伝子（2002年、TBS） - 藤木渡役
逃亡（2002年、NHK） - 主演・源次役
金田一耕助ファイル・迷路荘の惨劇（2002年、テレビ東京） - 主演・金田一耕助役
金田一耕助ファイル・獄門島（2003年、テレビ東京） - 主演・金田一耕助役
新春ワイド時代劇「忠臣蔵～決断の時」（2003年、テレビ東京） - 浅野内匠頭役
白い巨塔（2003年、フジテレビ） = 関口仁役
最後の忠臣蔵（2004年、NHK） - 主演・寺坂吉右衛門役
月曜ミステリー劇場「長く孤独な誘拐」（2004年、TBS） - 主演・森脇耕一役
祖国（2005年、WOWOW）- 主演・小野寺一郎役
エド・マクベイン殺意（2005年、テレビ東京）- 主演・久留島隼人役
功名が辻（2006年、NHK） - 主演・山内一豊役
明智光秀～神に愛されなかった男～（2007年、フジテレビ系） - 織田信長役
エド・マクベイン顔のない女（2007年、テレビ東京）- 主演・久留島隼人役
松本清張・最終章わるいやつら（2007年、テレビ朝日・朝日放送） - 戸谷信一役
震度0（2007年、WOWOW）- 主演・冬木優一役
花ざかりの君たちへ〜イケメン♂パラダイス〜（2007年、フジテレビ）- 梅田北斗役
スワンの馬鹿! 〜こづかい3万円の恋〜（2007年、関西テレビ）- 主演・諏訪野大輔役
海峡（2007年12月、NHK）- 野中武敏役
猟奇的な彼女（2008年、TBS）- 夏目圭輔役
柳生一族の陰謀（2008年、テレビ朝日）- 主演・柳生十兵衛役
ルパンの消息（2008年、WOWOW）- 主演・溝呂木義人役
赤鼻のセンセイ (2009年6月、日本テレビ) - 桜山真役
MR.BRAIN 第7話・最終話（2009年7月、TBS）- 北里陽平役
古代少女ドグちゃん（2009年10月、MBS）- 杉原謙三役
龍馬伝（2010年、NHK） - 中岡慎太郎役

映画

東京夜曲（1997年）
ガメラ3 邪神覚醒（1999年） - 航空総隊・コントローラーA役
梟の城 owl’s castle（1998年） - 風間五平役
スパイ・ゾルゲ（2003年） - 特高"T" 役
ローレライ（2005年） - 作家役
隠し砦の三悪人 THE LAST PRINCESS（2007年） - 宿場襲撃隊隊長役
ALWAYS 続・三丁目の夕日（2007年） - 山本信夫役
パコと魔法の絵本（2008年） - 浅野（タニシ）役
私は貝になりたい（2008年） - 小宮教誨師役

CM

日本移動通信（IDO、現KDDIのau事業部門）
ジャストシステム「一太郎」（7 / 8 / Office8）
富国生命保険「フコク生命」
興和「キャベジンコーワS」
中部電力
東新住建（主に東海圏にてOA）

舞台

演劇集団キャラメルボックス

『サンタクロースが歌ってくれた』（1989年・1992年・1997年、作・演出：成井豊）‐ 平井太郎（江戸川乱歩）役
『広くてすてきな宇宙じゃないか』（1990年・1992年）
『ディアーフレンズ，ジェントルハーツ』（1990年）初主演　
『また逢おうと竜馬は言った』（1992年・1995年、作・演出：成井豊　1992年はオカモト役（主演）・1995年は坂本竜馬役）
『嵐になるまで待って』（1993年、作：成井豊、演出：高橋いさを）
『ALONE AGAIN』（1994年、作・演出：成井豊/真柴あずき）
『スケッチブック・ボイジャー』（1995年、作・演出：成井豊）
『ヒトミ』（1995年、成井豊/真柴あずき）
『風を継ぐ者』（1996年、作・演出：成井豊/真柴あずき）- 東京公演のみ
『さよならノーチラス号』（1998年、作・演出：成井豊）
『TRUTH』（1999年・2005年、作・演出：成井豊/真柴あずき）
『ミスター・ムーンライト』（2001年、作・演出：成井豊）主演
『太陽まであと一歩』（2003年、作・演出：成井豊）主演
『きみがいた時間ぼくのいく時間』（2008年、原作：梶尾真治、脚本・演出：成井豊）主演

客演

『ウーマン・イン・ブラック』（1999年・2003年・2008年、パルコプロデュース、作：スーザン・ヒル演出：ロビン・ハーフォード）二人芝居
『天保十二年のシェイクスピア』（2002年、劇団★新感線プロデュース、作：井上ひさし演出：いのうえひでのり）主演
『SHIROH』（2004年、帝国劇場、梅田芸術劇場劇団★新感線プロデュース、作：中島かずき演出：いのうえひでのり）主演
『燃えよ剣』（2004年、明治座5月公演、原作：司馬遼太郎脚本：鈴木聡演出：ラサール石井）主演
『イット・ランズ・イン・ザ・ファミリー -パパと呼ばないで-』（2004年7月、パルコ/Me&Herプロデュース、作：レイ・クーニー翻訳：小田島雄志・小田島恒志演出：山田和也）主演
『表裏源内蛙合戦』（2008年、作：井上ひさし演出：蜷川幸雄）主演
『その男』（2009年、原作：池波正太郎脚本：鈴木聡演出：ラサール石井）主演
『蛮幽鬼』（2009年、新橋演舞場、梅田芸術劇場、劇団☆新感線、作：中島かずき演出：いのうえひでのり）主演
『ヘンリー六世』（2010年、彩の国さいたま芸術劇場、演出：蜷川幸雄）主演