Ирина Мирошниченко родилась 24 июля 1942 года, когда мама находилась в эвакуации в Барнауле. Отец — Петр Исаевич Вайнштейн, военнослужащий, вернулся с войны инвалидом, после выхода в отставку стал административным работником. Мать — Екатерина Антоновна Мирошниченко, в молодости обучалась актерской профессии у Таирова, но из-за ареста первого мужа ее карьера на сцене не состоялась, работала в «Москонцерте». Сводный брат (от первого брака матери) — Рудольф.

Ирина Мирошниченко: «Я — коренная москвичка. С Тверского бульвара, дом 6. Вся моя родня — москвичи. Ново время войны мама выехала в эвакуацию в Барнаул, где и родила меня. Вскоре она вернулась домой».
Цитата взята из журнала «7 Дней», № 06 (08.02.1999)

В детстве будущая звезда обучалась игре на скрипке и аккордеоне, танцам и французскому языку. Будучи десятиклассницей, она стала посещать студию при Театре Ленинского комсомола, где играла главные роли в спектаклях «Глеб Космачев принимает бой» и «Бесприданница». 

В 1960 году Ирина вышла замуж за драматурга Михаила Шатрова, с которым она познакомилась в 1959 году в студии. После 12 лет брака супруги развелись.

После окончания студии при Театре Ленинского комсомола в 1961 году Ира поступила в Школу-студию МХАТ (курс В. П. Маркова), которую она окончила в 1965 году. Девушка играла в учебных спектаклях «Двое на качелях», «Дядюшкин сон» и др. 

В 1963 году, будучи третьекурсницей Школы-студии, Ирина Мирошниченко дебютировала в кино, сыграв сестру главного героя в знаменитом фильме «Я шагаю по Москве». Больше режима Школы-студии, в которой студентам строго запрещалось сниматься, она не нарушала.

В 1966 году, после окончания учебы, молодая актриса сыграла свою первую большую роль разведчицы Галины Ортынской в картине «Их знали только в лицо». В этом же она исполнила небольшую, но очень сложную роль Марии Магдалины в фильме Андрея Тарковского «Андрей Рублев». 

Сразу после окончания Школы-студии Ирина Мирошниченко была принята во МХАТ, где работает и в настоящее время (после разделения театра оказалась в труппе Художественного театра имени Чехова). Дебют молодой артистка состоялся в массовке спектакля «Синяя птица». Затем ей стали доверять все более и более серьезные роли в таких постановках, как: «Тяжкое обвинение», «Будни и праздники», «Вдовец», «Три сестры», «Чайка», «Идеальный муж», «Валентин и Валентина» и др.

Широкая известность пришла к Мирошниченко в начале 1970-х годв после двух абсолютно разноплановых ролей в фильмах «Дядя Ваня» (1970) Андрея Кончаловского и «Пришел солдат с фронта» (1972) Николая Губенко.

В 1972 году, сразу после развода с первым супругом, актриса вышла замуж во второй раз. Ее избранником стал режиссер Витаутас Жалакявичус, с которым Ирина познакомилась на съемках картины «Это сладкое слово — свобода!». Брак просуществовал всего несколько месяцев.

За годы работы во МХАТе Мирошниченко сыграла множество ролей в спектаклях современного и классического репертуара, среди которых: «Старый Новый год», «Последние дни», «Эшелон», «Уходя, оглянись!», «Иванов», «Татуированная роза», «Украденное счастье», «Дядя Ваня», «Варвары», «Вишневый сад» и другие. 

Некоторые из мхатовских постановок с ее участием были запечатлены на пленку в виде фильмов-спектаклей: «Единственный свидетель», «Соло для часов с боем», «Чайка», «Чеховские страницы», «Уходя, оглянись!», «Три сестры», «Татуированная роза», «Моя дорогая Матильда», «Немного нежности», «Тартюф» и «Чайка».

В 1975 году Ирина Мирошниченко вышла замуж за актера и режиссера Игоря Васильева, однако и этот брак распался через 5 лет из-за нежелания супруги завести ребенка.

В 1980 году в картине «Старый Новый год» Ирина впервые исполнила песню «Элегия».

В 1992 по приглашению Льва Лещенко выступила у него на юбилее, спев с артистом дуэтом песню Андрея Никольского «Ах, как жаль». Впоследствии в творческом союзе с этим композитором выпустила несколько пластинок, музыкальных альбомов и компакт-дисков («Я так люблю», «Когда со мной ты рядом», «Я — актриса», «Коренная москвичка»). 

Ирина Мирошниченко: «Ко мне обратился Лев Лещенко с предложением выступить на его 50-летии. И спеть с ним дуэтом. Лев познакомил меня с автором песни Андреем Никольским. Он пришел ко мне во МХАТ и дал послушать песню «Ах, как жаль!», которую мне предстояло исполнить вместе со Львом».
Цитата взята из журнала «7 Дней», № 06 (08.02.1999)
К 850-летию Москвы Мирошниченко подготовила сольный концерт «Коренная москвичка». Позднее с этой программой объездила много городов России, а также выступала перед многотысячной аудиторией в Нью-Йорке.
В 1992 году звезда работала заместителем министра культуры в правительстве Москвы. 
В 2011 году артистка выпустила книгу «Расскажу...».