Irène Jacob part avec sa famille dès 3 ans pour Genève. Elle ne revient à Paris qu'en 1984, très attirée par le théâtre. Elle fait sa première apparition au cinéma en 1987 dans Au revoir les enfants de Louis Malle. Elle y joue le rôle de Mlle Davenne, professeur de piano très admirée par les collégiens.Irène n'a que quelques scènes et très peu de texte, mais le cinéaste Krzysztof Kieslowski la remarque néanmoins. Elle joue ensuite un petit rôle dans La Bande des quatre (1988) de Jacques Rivette. C'est en 1991 que Kieslowski pense à elle pour interpréter l'héroine de La Double Vie de Veronique. A 24 ans, elle obtient avec ce rôle un prix d'interprétation à Cannes. Les propositions n'affuent pas pour autant, et la comédienne est cantonnée dans des films plutôt confidentiels. Kieslowski, véritable mentor, lui propose alors en guise de retrouvailles de donner la réplique à Jean-Louis Trintignant dans l'ultime chapitre de sa trilogie Trois couleurs. Dans Trois couleurs - Rouge, son rôle de Valentine la propulse de nouveau sur le devant de la scène. Elle semble dès lors privilégier les films anglophones et autres coproductions internationales. Elle s'essaye au thriller, chante le karaoké avec Marie Trintignant dans Les Fugueuses (1995, Nadine Trintignant), et continue parallèlement ses activités théâtrales.En 2000, elle joue aux côtés de Jean-Pierre Léaud dans L' Affaire Marcorelle (2000), et de Jean-Pierre Darroussin dans Mille millièmes, fantaisie immobilière (2002). Ce dernier film lui permet de délaisser un peu le registre du drame et de renouer avec la comédie qu'elle avait déjà abordée en 1998 avec Cuisine américaine. En 2002, elle est également la voix de la mère de Parva dans le dessin animé La Légende de Parva de Jean Cubaud.
