Ирина Антоненко родилась в Екатеринбурге 1 сентября 1991 года, в семье Натальи и Игоря Антоненко, оба родителя сотрудники полиции. 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: И действительно, в этом же году она поступила в ГИТИС. Теперь она получает два образования, по совершенно разным направлениям: 1) Финансы и кредит, 2) Актёрское.
Является студенткой Российского Университета Театрального Искусства, делает первые шаги в кино и на театральной сцене.
Высокий рост Ирины (1.78 м) и её идеальные пропорции (83-60-90) стали определяющим фактором в выборе первого места работы. В «Модельном агентстве Ильи Виноградова» в Екатеринбурге Антоненко проработала два года, став очень востребованной моделью. Принимала участие в популярном beauty-проекте «New Hollywood Look», а также одержала победу на конкурсе «Мисс Автозвук».
В конце 2009 года, завоевав титул «Мисс Екатеринбург», Ирина решает ехать в Москву на общероссийский конкурс красоты. В середине февраля 2010 года она отправляется в столицу, чтобы принять участие в подготовке к финалу «Мисс Россия».
6 марта 2010 года Ирина завоевывает почетный титул «Мисс Россия». В качестве главного приза ей вручают 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». Антоненко стала первой девушкой на Среднем Урале, добившейся звания «Мисс Россия».
13 марта 2010 года она подписывает контракт с представителями дизайнера Филиппа Плейна, став лицом его рекламной кампании.
24 апреля 2010 года Ирина открыла восьмой Венский бал в Москве. Победительницы конкурса «Мисс Россия» традиционно являются дебютантками Венских балов. В разные годы, в этом мероприятии участвовали Виктория Лопырева («Мисс Россия 2003»), Александра Ивановская («Мисс Россия 2005»), Вера Красова («Вице-мисс Россия 2007» и «Вице-Мисс Вселенная 2008»).
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 стала победительницей конкурса национального костюма.
13 февраля 2011 года приняла участие в проекте «Танцы со Звездами» трансляция которого происходит на телеканале «Россия». Партнёром Ирины стал Михаил Мамаев.
В этом же году состоялся дебют Ирины Антоненко в качестве актрисы кино. Ее первой работой стали съемки в картине Тимура Бекмамбетова «Фантом» (2012), в эпизодической роли. Однако именно знакомство со знаменитым кинопродюсером стало поворотным в судьбе Ирины. Камера, актерская игра, выполнение режиссерских задач, работа над характером своего персонажа - все это настолько увлекло Антоненко, что она твердо решила связать свою дальнейшую судьбу с театром и кинематографом. Поступив в Российский университет театрального искусства — ГИТИС, Ирина сделала первый уверенный шаг навстречу мечте.
В 2010 году Антоненко приняла предложение сняться в главной роли в клипе молодого певца Марка Юсима. Видео попало в ротацию главных музыкальных телеканалов страны, а на молодую и талантливую актрису моментально обратили внимание профессионалы из области кино.
Логическим продолжением развития карьеры стали съемки в главной роли в ещё одном музыкальном клипе - группы «4POST» "Как же ты могла" вместе с фронтменом коллектива Дмитрием Бикбаевым. Кроме того, Ирина Антоненко приняла участие в уникальном проекте «Кинопробы», который представляет собой 12 новелл, объединенных между собой в короткометражный художественный фильм.
23 сентября 2012 года состоялся дебют Ирины в качестве театральной актрисы. На сцене московского Театрального Центра им. Мейерхольда с большим успехом прошла премьера спектакля «Тайна волшебных колец» с её участием.
В 2014 году телеканал «СТС» запустил показ нового постапокалиптического телесериала «Корабль» (российская адаптация испанского телесериала «Ковчег»), в котором Ирина Антоненко играет Алёну, старшую дочь Виктора Громова (в исполнении Дмитрия Певцова).
В августе 2011 Ирина вышла замуж за бизнесмена Вячеслава Федотова. В 2014 году пара развелась, причины развода неизвестны.