Родилась в семье Николая Михайловича Осипова, профессора Академии художеств, и Зои Леонидовны (урождённой ван дер Флаас), выпускницы Петербургской консерватории.Муж (с 1937 г.) — ленинградский архитектор Михаил Бенуа (1912—1955), внучатый племянник Леонтия и Александра Бенуа.
В браке родилась дочь.
В 1937 г. Ирина окончила архитектурный факультет Академии художеств по специальности архитектор-художник. Работала архитектором-проектировщиком в архитектурной мастерской И. И. Фомина и Е. А. Левинсона (Ленинград), одновременно преподавала архитектурную графику в Ленинградском строительном техникуме.Пережила в Ленинграде первую блокадную зиму; в 1942 г. с дочерью эвакуировалась в Барнаул. Осенью 1945 г. вернулась домой, поступила на работу в Ленинградские архитектурно-реставрационные мастерские.Кикины палатыУчаствовала в восстановлении Ленинграда после блокады.
В 1946—1953 годах восстанавливала Мещанское (Александровское) училище.
В 1952—1956 годах ею были восстановлены в предполагаемом первоначальном виде Кикины палаты. Ей принадлежат нереализованные проекты реставрации Петропавловского собора и Пантелеймоновской церкви, не утратившие научной и практической актуальности по сей день.
В 1965 году Ленмостотрест выступил с инициативой возвращения Старо-Калинкину мосту исторического облика. Проект был составлен Ириной Бенуа.
В 1967 году под её руководством был отреставрирован Каменноостровский театр, в 1978 году — завершена реставрация Коттеджа в Петергофе.Умерла в 2004 году и похоронена рядом с мужем на Большеохтинском кладбище в Санкт-Петербурге.