1934年12月28日 兵庫県神戸市に生まれる。幼少期を北海道小樽市で過ごす。父は汽船会社重役。日本人離れした長い足で慶応高校時代はバスケットに熱中した。

1956年、兄・慎太郎の芥川受賞作の映画化『太陽の季節』に脇役として出演。慶大を中退して日活に入社し、『狂った果実』で主演デビュー。またたくまに銀幕の大スターとなる。1963年、石原プロモーション設立。第1回作品『太平洋ひとりぼっち』は第18回芸術祭賞を受賞。70年代に入ると活躍の舞台をテレビに移し、「太陽にほえろ！」「西部警察」で頼れる "ボス" と、幅広い世代に支持される。同時に歌手としても500曲以上を吹き込み、「銀座の恋の物語」「ブランデーグラス」などのヒット作を生み出した。

1987年7月17日、肝細胞癌のため逝去（享年52）。