概要
愛知県出身。
成章高時代は3年春のセンバツに21世紀枠で出場、チームに創部103年目での甲子園勝利をもたらす。また、愛知県選抜で中川大志(現東北楽天ゴールデンイーグルス)、福谷浩司(現中日ドラゴンズ)らとチームメイトとなった。
創価大に進学後も1年時から活躍を続け、のちにプロで新人王争いを繰り広げることになる東海大・菅野智之(現読売ジャイアンツ)と投げ合って勝ったこともあった。
3年次にノーラン・ライアンの「ピッチャーズ・バイブル」と出会ったことで、左足を大きく上げる独特なフォームに変更。その独特なフォームから「和製ライアン」、「ライアン小川」と呼ばれる。
フォーム変更後はノーヒットノーランを、リーグ戦では無敗の21連勝を達成した。
2012年ドラフト2位で東京ヤクルトスワローズに2位指名され入団。同期選手は石山泰稚、田川賢吾、江村将也、星野雄大、谷内亮太、大場達也。
プロ入り後は開幕からローテーション入りし、4月3日の広島東洋カープ戦でプロ初登板初先発初勝利。その後も低迷するチームの中で勝ち星を順調に重ね、7月13日の広島東洋戦で1999年の上原浩治・松坂大輔以来となる新人によるリーグ10勝一番乗りを果たした。新人投手ながらセ・リーグの最多勝となる16勝をマーク、勝率・完封もリーグ最多数を記録した。そしてこれらの実績からセ・リーグの新人王に選出された。
2015年は11勝を挙げ、14年ぶりのリーグ優勝に貢献した。
2020年8月15日の横浜DeNAベイスターズ戦(横浜スタジアム)でNPB82人目93例目のノーヒットノーランを達成。
