Ирина Антоненко родилась в Екатеринбурге 1 сентября 1991 года, в семье Натальи и Игоря Антоненко, оба родителя сотрудники милиции. Обучалась в общеобразовательной школе № 156. В школе Ирина вместе с братом посещала профильные кадетские классы. После школы поступила в Уральский финансово-юридический институт и одновременно с этим занялась карьерой модели. После победы на конкурсе «Мисс Россия» Ирина заявила, что обязательно продолжит своё образование:
Первым местом работы Ирины стало «Модельное агентство Ильи Виноградова», под руководством Ильи она проработала два года и стала очень востребованной моделью в Екатеринбурге. Принимала участие в популярном проекте, организованном этим же агентством: «New Hollywood Look».
В 2008 году Ирина одержала победу на конкурсе «Мисс Автозвук». А спустя год, завоевала титул «Мисс Екатеринбург 2009».
В конце 2009 года Ирина расторгла контракт с модельным агентством для подготовки к конкурсу «Мисс Россия». В середине февраля 2010 года она уехала из Екатеринбурга в Москву для участия в подготовке к финалу конкурса.
6 марта 2010 года Ирина стала победительницей конкурса «Мисс Россия». За победу она получила 100 000 долларов и специальный приз от спонсоров — часы из розового золота, украшенные чёрным бриллиантом. Также Ирина получила право претендовать на звания — «Мисс мира» и «Мисс Вселенная». Ирина стала первой девушкой на Среднем Урале, которая добилась звания «Мисс Россия».
По словам девушки, большую часть своего выигрыша она планирует потратить на благотворительность:
23 августа 2010 году приняла участие в конкурсе Мисс Вселенная 2010, который проходил в американском городе Лас-Вегас в отеле «Mandalay Bay Resort and Casino». Ирина вошла в число пятнадцати финалисток конкурса, но не попала в верхнюю десятку. Она выбыла из соревнования после дефиле в купальниках. Национальный костюм, в котором Ирина выступала на этом конкурсе, был создан модным домом Nata Rikami. Его общая стоимость составила 60 тысяч долларов. Платье сделано из шелка и кружева и украшено бархатными узорами с серебряными нитями, покрытыми слоем 24-каратного золота. Ирина заявила, что она довольна своим выступлением на «Мисс Вселенная» и что победа мексиканки Химены Наваррете является заслуженной:
Ирина не принимала участие в конкурсе "Мисс Мира 2010». Россию на этом конкурсе представила «Первая Вице-Мисс Россия 2010» Ирина Шарипова.
13 февраля 2011 года приняла участие в проекте «Танцы со Звездами» трансляция которого происходит на телеканале «Россия». Партнёром Ирины стал Михаил Мамаев.
13 августа 2011 года вместе с Андреем Фоминым стала ведущей восьмого Bal Des Fleurs (Бала Цветов), eжегодно проводимого на французской Ривьере. Специальной гостьей бала стала актриса Орнелла Мути.
23 декабря 2011 года в Лос-Анджелесе состоится премьера фильма "Фантом" (The Darkest Hour (2012), триллер, реж. Крис Горак, продюсер Тимур Бекмамбетов, Том Джейкобсон), в котором Ирина Антоненко сыграла свою первую роль в кино в одном из эпизодов фильма.