Ирина Александровна Антонова родилась 20 марта 1922 года в Москве. С 1940 года И. Антонова — студентка искусствоведческого отделения Института философии, литературы и истории. С 1941 года, после объединения ИФЛИ с МГУ, стала студенткой Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова.
В начале Великой Отечественной войны окончила курсы медицинских сестёр, с весны 1942 года в звании младшего сержанта медицинской службы работала в госпитале на Красной Пресне.
В 1945 году И. Антонова окончила МГУ и поступила на работу в Государственный музей изобразительных искусств имени А. С. Пушкина. С февраля 1961 года — директор Государственного музея изобразительных искусств имени А. С. Пушкина. Ирина Антонова автор более 100 публикаций (каталогов, статей, альбомов, телевизионных передач, сценариев научно-популярных фильмов). На протяжении ряда лет вела преподавательскую работу на искусствоведческом отделении в МГУ, в Институте кинематографии, в аудитории ГМИИ, в Институте восточных языков в Париже.
Ирина Александровна Антонова - академик АПН СССР (1989). Академик РАХ (2001; член-корреспондент 1997). Заслуженный деятель искусств РСФСР (1979). Лауреат Государственной премии Российской Федерации (1995), полный кавалер ордена «За заслуги перед Отечеством».