役の幅は広く、前述の五右衛門のほか、『渡雁恋玉章』（雁のたより）の三二五郎七、『積情雪乳貰』（乳もらい）の狩野四郎五郎、『戀飛脚大和往來・封印切』の忠兵衛、『心中天網島・時雨の炬燵』の治兵衛、『鐘鳴今朝噂』（いろは新助）の新助など父譲りの和事。丸本物では『仮名手本忠臣蔵』（忠臣蔵）の寺岡平右衛門・高師直・早野勘平・大星由良助・戸無瀬・与市兵衛・斧定九郎を演じた記録がある。ほか『夏祭浪花鑑・鳥居前・三婦内・泥場』の團七、『鎌倉三代記・絹川村』の佐々木高綱、『義経千本櫻・すし屋』の権太、『伽羅先代萩』の仁木弾正、『本朝廿四孝・景勝下駄・勘助住家』の横蔵、『近江源氏先陣館』（盛綱陣屋）の佐々木盛綱、『敵討襤褸錦・大晏寺堤』の春藤次郎右衛門、『神霊矢口渡』の頓兵衛、『彦山権現誓助剣』の毛谷村六助など。世話物では『怪談乳房榎』の菱川重信・正介・三次の三役早変わりをはじめ『樟紀流花見幕張』（慶安太平記）の丸橋忠弥、『青砥稿花彩絵画』の南郷力丸など江戸の生世話物も見事にこなした。さらに女形も得意とし、『西郷と豚姫』の仲居お玉、『伽羅先代萩』の政岡などが当り役だった。口跡に優れ、時代がかった口調から急に世話にくだける間が絶品であった。
初代實川延若の長男として大阪に生まれる。8歳で父と死別。1886年（明治19年）二代目實川延二郎の名で初舞台。十一代目片岡仁左衛門らの引きたてもあったが、ほとんど独力で歌舞伎役者としての実績を積み、1915年（大正4年）浪花座の『櫻鍔恨鮫鞘（お妻八郎兵衛）』の古手屋八郎兵衛で二代目實川延若を襲名。松竹の初代中村鴈治郎重視の経営方針に合わず、一時東京に行き、二代目市川左團次一座に加わり、『仮名手本忠臣蔵』の師直、『漢人漢文手習始』の伝七などを演じ、その濃厚な上方の芸風は川尻清潭や岡鬼太郎ら批評家に高く評価された。鴈治郎死後、三代目中村梅玉・中村魁車と共に戦前の上方歌舞伎を主導した。戦後は脚が不自由になるも芸格は高まった。1950年（昭和25年）5月に東京劇場で演じた『山門』の石川五右衛門は歌舞伎史上に残る名舞台で、映画にも記録された。当時すでに歩くことも困難な状態で、両脇を支えてもらいながら関係者に挨拶するほどだったが、いざ金襴褞袍に大百日鬘で南禅寺山門上に立つと別人のように背筋がしゃきっと伸びた。その五右衛門の迫力は圧巻で、マイクが壊れるくらいの朗々たる声と風格であった。記録映画では客席にジワ（観客が漏らす感嘆のどよめき）が広がるのを聞き取ることができる。同年日本芸術院会員になる。翌1951年（昭和26年）1月大阪歌舞伎座の『八陣守護城』で佐藤正清。1月23日、松竹会長白井松次郎の葬儀に参列して風邪を引き病の床につく。2月22日死去。「最後の上方役者」と呼ばれた延若の死は一つの時代の終わりでもあった。
好奇心旺盛で、それがもとで事件に巻き込まれることも少なくない。「化石の星」では、美しい女性の姿をした化石を見つけた鉄郎は間近で見ようとメーテルの忠告も聞かずに列車から外へ出た結果、「化石の戦士」と遭遇して背中を袈裟懸けに斬られた上にパスを奪われたこともあった。また、メーテルや車掌も忠告する際になぜそれをやったら駄目なのかを言わないことが多く、それがかえって彼の好奇心を煽る結果にもなっていた。短気で喧嘩っ早いところがあり、作中で取っ組み合いの喧嘩に及んだことも多かった。だが、そうした相手とは後に和解し、お互いに相手を認め合える仲になった者もいる（例：サケザン大陸のサケザンなど）。また、正義感の強さから悪いことなどを見過ごせない性分に加えて他人のことを放っておくことができないところがあり、TV版ではこの部分が原作に比べて強調されている。そのため、人によってはおせっかいと捉える向きもある。また、弱者を見捨てられない性格から「白骨の歌」では殺人犯の汚名を自ら被っている。責任感が非常に強く自分が仕出かした失敗の種は必ず自分で刈るタイプである。金銭感覚にやや疎いところがあり、銀河鉄道株式会社から支給された金貨を「自分が稼いだものではないから」として、火星の大シルチスの酒場の親父に金貨を全部渡そうとした際、お金を大切にするよう注意されているが、その後に停車したトレーダー分岐点では女性にラーメンを恵んだところ、他の者からも恵んでくれと言われた挙句、大勢に食事をおごるはめとなり、金貨を使い果たしたこともあった。ただし、女性にラーメンを恵んだのも善意によるものであり、彼の優しさから来るものである。その「優しさ」に触れた女性、もしくは人の良さに付け込んだ女性から同居を求められることが度々あり、それがトラブルになることも多い（「泥のメーテル」など）。「機械の体をタダでもらえる星」に行くために必要な999のパスは本来非常に高額であるため、それをメーテルからタダでもらったことには負い目を感じていることに加え、パスをもらう条件として「メーテルを連れて行く」という約束を彼女と交わしていたことから「石にかじりついてでも機械の体をタダでくれる星に行く」として、終着駅にたどり着くまでのどんな苦労も厭わなかった。「重力の底の墓場」（TV版7・8話）で鉄郎は旅の途中で機械の体になる機会を得ているが、それを拒否している。また「二重惑星のラーラ」（TV版14話）では、鉄郎は惑星「完全機械化」で生身の人間になろうとしていた女性の機械化人・ラーラに人格を入れ替えられる形で自分の体を奪われ、奇しくも機械の体を手に入れることになったが、彼は「父さんと母さんからもらったこの体が一番」という理由で自分の体を取り戻している。原作においてメーテルの母・プロメシュームは終着駅で自分の前に赴いた鉄郎を「心優しい少年」、「歯を食いしばって歩き通す強い心を持った男の子」と評し、メーテルは「心の温かい子」と評している。本編中、車内で読書したり、メーテルに勉強を教えてもらったりする描写はない。列車が止まり長時間の退屈という試練を課せられたときも、図書館車があるにもかかわらず本はドミノのようなおもちゃとするだけだった。ただしエターナル編では、鎖を壊すために熱心に本を読んでいた。