学理学院就读，并在1962年毕业。益川敏英从大学部毕业后，进入坂田昌一领导的实验室进行博士研究，并顺利在1967年获得博士学位。益川敏英也曾在京都大学基础物理学研究所及东京大学原子核研究所担任教职。
研究.他与名古屋大学的学弟小林诚于1973年提出小林-益川矩阵，用来解释弱相互作用中的电荷宇称对称性破缺。当时他与小林诚在日本科学杂志《理论物理学进展》共同发表的一篇讨论对称性破缺文章－《弱相互作用可重整化理论中的CP破坏》（）。直到2006年为止，这篇文章是历史上被引用次数最第3多的