Ирина је била ћерка деспота Димитрија Палеолога и његове супруге Теодоре. Била је унука Андроника II Палеолога и његове друге супруге, Ирине од Монферата. Њен свекар, Јован VI Кантакузин, се 26. октобра 1341. године крунисао за византијског цара у Дидимотици. Његов супарник, Јован V Палеолог, владао је у Цариграду. Избио је грађански рат који траје до 1347. године. Дана 3. фебруара 1347. године две стране постигле су споразум. Јован VI је прихваћен као виши цар, а Јован V као његов савладар. Сукоб поново избија 15. априла 1353. године око Матије, Ирининог супруга, коме је Јован VI желео оставити престо. Матија је проглашен за цара те је Ирина постала трећа византијска царица, заједно са Ирином Асен (супругом Јована VI) и Јеленом Кантакузин (супругом Јована V). Јован VI је децембра 1354. године абдицирао и, заједно са својом женом, се повукао у манастир. Јован V је поново овладао Цариградом. Матија је задржао титулу и део Тракије. Фебруара 1356. године Матија и Ирина заробљени су од стране кесара Војихне. Војихна их је доставио Јовану V децембра 1357. године. Матија је присиљен да се одрекне царске титуле. Тако и Ирина губи титулу царице. Није позната година њене смрти.