Ирен Жолио-Кюри родилась 12 сентября 1897 года в городе Париж, Франция. В ранние годы Ирен воспитывал дед по линии отца - врач Эжен Кюри, так как мать, Мария Склодовская-Кюри, открыла радий, когда Ирен был один год и не могла заниматься ее воспитанием из-за интенсивной научной работы.

Образование Ирен получила в Сорбонне. По окончании войны она стала работать ассистентом-исследователем в Институте радия, который возглавляла ее мать, a c 1921 года начала проводить самостоятельные исследования. Ее первые опыты были связаны с изучением радиоактивного полония - элемента, открытого ее родителями более чем 20 годами ранее. Поскольку явление радиации было связано с расщеплением атома, его изучение давало надежду пролить свет на структуру атома. В 1925 году Ирен Кюри была присуждена докторская степень.

Самое значительное из проведенных ею исследований началось несколькими годами позже, после того как в 1926 году она вышла замуж за своего коллегу, ассистента Института радия Фредерика Жолио. Проводя совместные исследования, Жолио-Кюри получили много новых радиоактивных элементов.

В 1935 году Ирен Жолио-Кюри и Фредерику Жолио совместно была присуждена Нобелевская премия по химии за выполненный синтез новых радиоактивных элементов. Во вступительной речи от имени Шведской королевской академии наук Пальмайер напомнил Ирен о том, как 24 года назад Нобелевскую премию по химии получала ее мать. «В сотрудничестве с вашим мужем, - сказал Пальмайер, - вы достойно продолжаете эту блестящую традицию». Через год после получения Нобелевской премии Ирен стала полным профессором Сорбонны, где читала лекции начиная с 1932 года. Она также сохранила за собой должность в Институте радия и продолжала заниматься исследованиями радиоактивности.

Жолио-Кюри была назначена директором Института радия в 1946 году. Кроме того, с 1946 по 1950 годы она работала в Комиссариате по атомной энергии Франции. Всегда глубоко озабоченная проблемами социального и интеллектуального прогресса женщин, она входила в Национальный комитет Союза французских женщин и работала во Всемирном Совете Мира. К началу 1950 ее здоровье стало ухудшаться, вероятно, в результате полученной дозы радиации.

Ирен Жолио-Кюри умерла в Париже 17 марта 1956 года от острой лейкемии.