Nasce a Chiliomodi, nei dintorni di Corinto nel 1926 e a 12 anni viene ammessa alla scuola d'arte drammatica della sua città. Più tardi si trasferisce ad Atene per studiare teatro. Negli anni che seguono si afferma come una notevole attrice teatrale, soprattutto nei ruoli femminili importanti della tragedia classica greca. Non passa molto tempo e Irene viene notata dai produttori italiani che la chiamano a Cinecittà per offrirle ruoli di bellezza mediterranea come avviene nel 1953 per Le infedeli di Mario Monicelli e nel 1954 per Attila di Pietro Francisci. Nel frattempo, resta in contatto con il regista di origine greca Michael Cacoyannis, che la invita a Hollywood: qui inizia una nuova fase della carriera e si fa notare nel mondo del cinema. Insieme, coinvolgendo anche Anthony Quinn, i due realizzano Zorba il greco (1964), che fa il giro del mondo e consacra il successo di una danza nazionale greca, il sirtaki. Irene torna però in Italia, dando inizio a una fase impegnata della sua vita, sia dal punto di vista politico, partecipando ad attività contro la dittatura in Grecia, sia da quello professionale, lavorando con registi come Pietro Germi e Francesco Rosi. In Italia la sua interpretazione più popolare resta quella di Penelope nello sceneggiato televisivo Odissea di Franco Rossi, del 1968, dal quale è stato tratto il film Le avventure di Ulisse. Durante gli anni Ottanta interpreta numerosi film, tra cui Tutto in una notte (1985) di John Landis e Cronaca di una morte annunciata (1987) di Francesco Rosi. A partire dalla metà degli anni Novanta si trasferisce in Portogallo dove collabora intensamente con Manoel de Oliveira (Inquietudine e Un film parlato) , con una breve pausa per partecipare al film di John Madden, Il mandolino del capitano Corelli. Nel 2004 con Giuliana Berlinguer ha co-diretto il film Ecuba dal testo teatrale di Euripide. Nel 2005 ha diretto, con assoluto riconoscimento di critica e pubblico, l'Antigone di Sofocle al Teatro Greco di Siracusa. Ha partecipato a oltre 80 film. Alcune curiosità: Federico Fellini era un suo sincero ammiratore; Irene era molto amica di Katharine Hepburn, con la quale recitò in Le troiane di Michael Cacoyannis, la Hepburn una volta disse che Irene era "una delle migliori attrici nella storia del cinema". In un'intervista, dopo la morte di Marlon Brando, Irene disse che aveva avuto una relazione con l'attore americano in passato e che erano rimasti "cari amici" fino alla fine. Premi:1962: Festival Internazionale del cinema di Salonicco (migliore attrice, per il film Elektra); 1962: Unione dei critici cinematografici greci (migliore attrice, per il film Elektra); 1971: National Board of Review (Miglior attrice, per il film The Trojan Women); 1993: Hamptons International Film Festival (Distinguished Achievement Award); 1993: Premio Flaiano per il teatro (premio alla carriera); 2000: Madrid National Arts Institution (premio alla carriera); 2000: International Festival Women's films (premio alla carriera); 2001: Università di Roma (Laurea in Arti e Lettere); 2002: Woman of Europe Award (premio alla carriera).
Si è spenta a 96 anni nel settembre 2022.