Iryna Petrenko gehört zu den erfolgreichsten Biathletinnen im Juniorenbereich der Ukraine ihrer Generation. Ihre ersten internationalen Rennen bestritt sie im Rahmen der Juniorenweltmeisterschaften 2009 in Canmore, wo sie 39. des Einzels, 27. eines Sprints und 28. der Verfolgung wurde. Mit Lidiya Shek und Julija Dschyma verpasste sie als Viertplatzierte knapp eine Medaille. Ein Jahr später wurde sie in Torsby 25. des Einzels, 21. des Sprints und der Verfolgung sowie mit Anastasiya Merkuschina und Julija Bryhynez Fünfte des Staffelbewerbs. Kurz daran nahm sie auch erstmals an den Juniorinnenrennen der Europameisterschaften 2010 in Otepää teil, wo sie 35. des Einzels, 29. des Sprints und 27. der Verfolgung wurde. Im weiteren Jahresverlauf nahm sie in Duszniki-Zdrój auch an den Juniorenrennen der Sommerbiathlon-Weltmeisterschaften 2010 teil und belegte die Plätze 22 im Sprint und 24 in der Verfolgung. Sehr erfolgreich verliefen die Juniorenweltmeisterschaften 2011 in Nové Město na Moravě. Petrenko wurde 13. des Sprints und verpasste als Sechste der Verfolgung und als Vierte des Einzels nur um wenige Ränge die Medaillenplätze. Mit Bryhynez und Merkuschyna gewann sie im Staffelrennen hinter Russland die Silbermedaille. Danach startete Petrenko wieder bei den Juniorenrennen der Europameisterschaften in Ridnaun, wo sie als Vierte des Einzels erneut knapp eine Medaille verpasste, Achte im Sprint und 20. in der Verfolgung sowie Siebte mit der Mixed-Staffel wurde. Im Sommer startete sie erneut bei den Juniorinnenrennen der Sommerbiathlon-Weltmeisterschaften 2011 in Nové Město na Moravě und verpasste auch hier mit Julija Dschyma, Wolodymyr Morawskyj und Oleksandr Dachno als Viertplatzierte knapp eine Medaille. In Sprint und Verfolgung wurde sie Siebte.