2011年3月,石川佳纯从大阪四天王寺高中毕业。7月,石川佳纯签约JA全农,由此正式成为乒乓球职业选手。
2012年,伦敦奥运会上,石川佳纯以0-4不敌新加坡选手冯天薇,获得女子单打第四名;在女团决赛中石川佳纯以0-3不敌中国选手丁宁,最终与福原爱、平野早矢香一起获得女子团体银牌。
2014年9月30日,在韩国仁川亚运会乒乓球女子团体冠军的争夺中,石川佳纯担任一单(其余两人为:福原爱和平野美宇),最终以1:3负于丁宁、刘诗雯和朱雨玲组成的中国队,获得亚运会银牌。
2016年3月6日,在世界乒乓球锦标赛女团决赛,石川佳纯以2-3负于李晓霞,帮助日本女团获得世乒赛女团亚军。8月16日,在里约奥运会女子乒乓球团体赛上,石川佳纯以3-1击败新加坡选手冯天薇,帮助日本乒乓女团获得铜牌。
2018年4月8日,在2018年第31届乒乓球亚洲杯女单三四名决赛中,石川佳纯4-3战胜郑怡静,获得该届乒乓球亚洲杯赛事的季军。6月9日,在国际乒联世界巡回赛日本公开赛混合双打决赛的比赛中,吉村真晴/石川佳纯以0-3的比分不敌中国组合梁靖昆/陈幸同,获得该届赛事的混双亚军。8月19日,2018年国际乒联保加利亚公开赛女双决赛,石川佳纯/伊藤美诚3-1胜刘高阳/张瑞获得冠军。
2019年4月26日,世乒赛混双决赛,吉村真晴/石川佳纯1-4不敌中国组合许昕/刘诗雯,获得亚军。2019年8月7日,入围2019世界杯邀请名单。