東京市滝野川区田端町（現・北区田端）に生まれる。1952年法政大学潤光女子高校（現・法政大学女子高等学校）を中退し、松竹歌劇団付属松竹音楽舞踊学校に入学する。同期に野添ひとみ、姫ゆり子、山鳩くるみ（小林夕岐子の母とは別人）らがいた。このとき、芸名を芦川いづみとする。1953年、ファッション・ショーに出演中、偶然いあわせた松竹の川島雄三監督に認められ、川島監督の『東京マダムと大阪夫人』に、月丘夢路の妹役でデビューする。その後、1955年、日活に移った川島監督の推薦で松竹歌劇団を退団し日活に入社する。愛称は『おムギ』（有馬稲子に顔立ちが似ており、彼女よりも線が細いということから『稲』ではなく『麦』だというシャレからついた愛称）。日活の黄金期を代表する女優として知られる。
その後、『幕末太陽傳』などの川島監督の作品をはじめ、様々な役に挑戦し、松竹から移ってきた北原三枝とともに日活の中心的な存在となった。
また、1956年には、田坂具隆監督の『乳母車』で石原裕次郎と初共演する。裕次郎はこの作品の演技で、新しい魅力を遺憾なく発揮し代表作の一つとしたが、芦川もさわやかな演技で人気を不動のものとした。以降、北原三枝とともに裕次郎の相手役として欠かせない存在となる。若い浅丘ルリ子にその座を譲ってからも日活を代表するトップ女優として活躍した。