神奈川県で生まれ、東京都で育つ。本名・黒川智子。2001年に雑誌『りぼん』のモデルグランプリを受賞し、読者モデルとして誌面を飾る。その後、芸能プロダクションにスカウトされ、黒川智花の芸名で本格的に芸能活動を開始。02年に、TBS『愛なんていらねえよ、夏』で連続ドラマ初出演し、さらに写真集＆DVD『少女覚醒』を発売する。03年のNHK連続テレビ小説『こころ』では、中越典子演じるヒロインの義理の娘を演じ、知名度が急上昇する。矢沢あいの漫画を映画化した「下弦の月／ラスト・クォーター」04では、栗山千明演じる記憶喪失の主人公を助けるキーパーソンを演じた。映画初主演となった「8.1」は、インターネット配信用に04年に製作されたものだったが、各動画配信サイトで１位を記録したことから、05年に劇場公開される。これらと並行して、TBS『3年Ｂ組金八先生』04～05では麻薬問題に巻き込まれる稲葉舞子役で注目を集めたほか、テレビ朝日『雨と夢のあとに』05で連続ドラマ初主演。その同じスタッフ・キャストが集まった『てるてるあした』06にも主演し、子役から成長した女優としての存在感を一層アピールした。その後もテレビドラマでの活躍が続き、主な出演作にTBS『いま、会いにゆきます』05、『ガチバカ！』『ハツカレ』06、『浅草ふくまる旅館』07、『Tomorrow／陽はまたのぼる』08、『小公女セイラ』09、テレビ朝日『レガッタ・君といた永遠』06、『彼女との正しい遊び方』『菊次郎とさき』07、『未来講師めぐる』08、NHK『キャットストリート』08など多数がある。08年、『雨と夢のあとに』『てるてるあした』の脚本を手がけた成井豊、真柴あずきが所属する演劇集団キャラメルボックスの『君の心臓の鼓動が聞こえる場所』で初舞台。09年公開の同名映画版にも主演した。以降も舞台は『薄桜鬼・新選組炎舞録』10、『ギルバート・グレイプ』11に出演。後者では主人公に接近する女性・ベッキーをミステリアスに演じている。10年に初のセミヌード写真集となる『風花』を発売してファンを驚かせ、TBS『ブラッディ・マンデイ』10ではスパイの水沢響役、テレビ朝日『女帝・薫子』10では桐谷美玲演じる主人公のライバルであるホステス・美樹を演じ、清純派からのイメージチェンジも果たしている。堀越高校卒業後、08年から亜細亜大学経営学部に在学中。