1945年、日本画家・中島清之の三男として疎開先の長野県小布施に生まれる。1969年（24歳）に東京藝術大学日本画科を卒業し、同年の第54回院展に初出品し初入選を果たした。1971年（26歳）に同大学大学院を修了し、日本画家としての歩みを始める。

1979年（34歳）に第5回山種美術館賞展優秀賞を受賞し、1985年（40歳）には第1回日本画裸婦大賞展で大賞を受賞。さらに、1987年（42歳）から3年間にわたりNHK「きょうの料理」のテキスト表紙絵を担当した。

1992年（47歳）、故郷である長野県小布施町に「おぶせミュージアム・中島千波館」が開館し、その功績が称えられた。1994年（49歳）には東京藝術大学美術学部助教授に就任し、同年に鎌倉・鶴岡八幡宮の斎館貴賓室床の間壁画「日和麗々孔雀図」を制作。1998年（53歳）に日本美術院を退院した後、2000年（55歳）に東京藝術大学美術学部教授に就任した。

2004年（59歳）に東京・深川不動尊内仏殿の天井画「大日如来蓮池図」を奉納。その後も2013年（68歳）に退任するまで東京藝術大学で後進の指導にあたり、現在は同大学名誉教授として、日本の美術界を力強く牽引し続けている。

人物画や花鳥画で広く知られる中島千波は、現代日本画壇を代表する画家である。とりわけ、日本各地の名桜を訪ねて写生を重ね、肖像画を描くように花びら一枚一枚を丹念に描き込んだ作品は、精緻な描写と華やかな色彩が織りなす圧倒的な美しさで、「桜の画家」と称されるに至った。