石星川1880年出生于一个坐馆塾师之家，但自幼好武，只爱兵书。14岁时赴乡试不中，愤而投笔从戎，入湖北新军工程营，肄业期满，以军事学术较优，调入武昌武普通中学充任领班兼助教。1903年，由湖广总督张之洞官费送日本留学，初入振武学校，而后完成入伍生训练，于1906年6月入陆军士官学校中国学生队第4期步兵科。1908年11月毕业回国，任湖北陆军小学副监督。1909年中举，后经蓝天蔚引荐，任第20镇（统制官陈宧）步兵第79标标统，驻锦州。时在东北军中的湖北人颇多，最突出的是吴禄贞、蓝天蔚、陈宦，号称三杰，石星川只是个小角色。 辛亥革命爆发后，石星川返回湖北，参加武昌都督府工作，为黎元洪所赏识。1913年2月19日，任湖北第1旅旅长。此后无论二次革命、洪宪帝政、张勋复辟，石星川都不置可否，随波逐流，官位也节节高升。到1917年时，他已经是湖北陆军第1师师长、荆宜镇守使、陆军中将，并获二等文虎章、二等嘉禾章。
张勋复辟失败，段祺瑞重新上台执政，宣布废除《临时约法》，组织临时参议院代替国会。孙中山因此率部分议员南下广州，召开非常国会，号召各省护法。石星川经蓝天蔚等人劝说，于12月1日通电响应孙中山护法运动，宣布荆州自主。改湖北第1师为湖北靖国军第1军，并增设将校团收揽退伍军官。中央第9师师长兼襄郧镇守使黎天才和前湖北第3师师长王安澜随之宣布自主，组成湖北靖国军第2、3两军。事发后，湖北督军王占元派军法处长程汉卿带银圆八万前去荆州调停，北政府也派石星川胞弟侍从武官石龙臣南下相劝，均告无效。 护法运动逐渐蔓延，到12月27日，各路靖国军将领在襄阳召开会议，组成鄂豫秦三省联军，黎天才为联军总司令兼湖北招讨使、第1军军长，石星川副招讨使、第2军军长。联军向北洋军进攻，击败了湖北督军王占元的军队，占领重镇宜昌。但在1918年1月，北洋政府派的南征第1路军曹锟和王占元、长江上游警备总司令吴光新的兵马联手进攻靖国军，与石星川军在宜昌磨盘山激战。石星川兵败溃退，向北洋军求和，得到允许后率部队退出荆州，解散了军队，只身乘船前往汉口，隐居日租界内。黎天才等部败走鄂西南、川东。
1925年以后，湖北将军团垄断了湖北官办企业，石本人兼任官办纱、麻、丝、布四局协理，又先后办起织布厂、矿业公司，并担任应城石膏公司、汉黄鄂轮船公司、汉口既济水电公司董事长。这时候的石星川，常穿西服，系领带，丝毫不见武人的剽悍，反而处处显示出商人的精明。参加护法运动对他来说，可能只算一次失败的投资。 1939年武汉沦陷后，石星川因病滞留，由日租界移居法租界，不久在日本人的勾引和旧部朋友的怂恿下，投身日寇。1939年4月20日，以张仁蠡为市长的伪武汉特别市政府成立，石星川担任了市参议府副议长，由其儿女亲家（石有一女曾许何子，后来解除婚约）何佩瑢任议长。并兼任参议府下属的政务训练院院长，负责培养伪文官。市长张仁蠡为了拉拢石，还派其兼任武汉交通公司理事长。
1939年11月5日，在武昌金城银行武昌支行的旧址上，成立了伪湖北省政府，何佩瑢出任伪省长。另搞了一个既不属于市、也不属于省的伪武汉参议府，由石星川任议长，原北洋参谋本部第1局局长，日本士官生雷寿荣任副议长，谢石钦任秘书长，参议9人，除了议事职能，还管理着武汉盐政管理总局、戒烟总局、统税总局、司法部、训练院。雷一直与日本人有联系，性喜揽权，自己兼任训练院院长，不把石放在眼里。石星川忿忿不平“过去何当议长我副之，什么都不让我过问，如今我当议长雷副之，还是什么都不让我过问”。日寇为掌握武汉经济，又在原汉口浙江兴业银行旧址上成立中江实业银行，代理省库，派石任董事长，参议府参议江西人戴秉清任总经理，不料戴一上任就被刺杀，石只得自兼董事长、总经理两职，称为总裁。 1940年3月30日汪伪南京政府成立，而后向日方提出收回地方税务权的要求，得到同意。4月30日，负责代管武汉税收的参议府解散，石星川去职，只任伪中江实业银行总裁之职，并兼接替参议府负责税收的伪皖赣鄂边区财经合作委员会委员。后又成为全国经济委员会委员。5月，不甘寂寞的石星川和何佩瑢组织“中华民国共和党”，何为总裁，石为副总裁。“共和党”遭到伪政府头目汪精卫竭力反对，被迫解散，并于汪伪国民党。12月15日，石星川任汪伪国民党三届三中全会中央执行委员。
1942年6月，伪湖北省主席何佩瑢在巡视大冶途中生病，回汉即死。6月28日汪伪政府发表杨揆一为湖北省主席。7月20日杨就职后，就建议将汉口特别市改为普通市，以增加省府税收。得到批准后，经汪伪行政院183次会议决定，原特别市长张仁蠡于1943年10月调任华北政务委员会委员兼天津特别市市长，石星川接任改为普通市后的汉口市长。1944年12月美军轰炸汉口，市政府大楼被烧毁，石星川迁到对面的一座小楼办公，各局无形中瘫痪。
抗战胜利后，原汪伪第29军军长邹平凡先打出先遣军旗号进入汉口接收，不久，第六战区正式进驻。10月1日，第六战区长官部正式公布逮捕武汉地区汉奸200多人，石星川与伪湖北省政府主席兼武汉绥靖公署主任叶篷于当日被逮捕。1946年5月24日，湖北省高等法院以“通敌叛国”罪判处其死刑。后经其子多方奔走，由老友商震求情，改判无期徒刑。1948年7月22日病死狱中。（民国军人志称1946年4月6日晨被刺身亡，显然有错误）
