È figlia di un minatore di carbone tataro di religione musulmana, Valery Shaykhlislamov, e di un'insegnante di musica russa, Olga; ha una sorella maggiore di nome Tat'jana. Inizia a suonare il pianoforte all'età di sei anni, e a nove s'iscrive a una scuola di musica dove studia per i successivi sette anni. Resta orfana di padre all'età di quattordici anni, quando questi muore per le complicazioni di una polmonite. Inizia così per la famiglia un periodo di povertà e, nonostante un aiuto economico dalla nonna paterna, la madre di Irina ha due lavori e lei e la sorella la aiutano a coltivare l'orto di casa per sussistenza.
Dopo la scuola superiore le due sorelle si trasferiscono a Čeljabinsk, dove Irina inizia a studiare marketing al Collegio Economico, per poi lasciarlo dopo poco ed entrare in una scuola di estetiste dove era già iscritta la sorella maggiore.[2][3] Qui viene notata da un'agenzia di modelle locale; nel 2004 partecipa quindi a un concorso di bellezza, Miss Čeljabinsk, vincendolo.[4]
Nel 2007 fa il suo debutto sulla rivista annuale Sports Illustrated Swimsuit Issue,[8] per il quale viene confermata ininterrottamente fino al 2016, apparendo per 10 volte sulla rivista e facendo di lei la terza modella a raggiungere quota 10 presenze.[9] Nel 2011 inoltre appare sulla copertina della prestigiosa rivista.[10]
Nel corso del 2012 è stata testimonial per Morellato,[11] Agua Bendita, Blanco e nell'autunno dello stesso anno per il marchio spagnolo di calzature XTI Shoes.[12] Inoltre è stata conduttrice, in patria, della quarta edizione del reality showTop Model po-russki. Nel 2013 è testimonial degli abiti da sposa Alessandro Angelozzi Couture,[13] viene riconfermata per le campagne Morellato, Beach Bunny,[14] XTI Shoes e Agua Bandita, inoltre nel mese di marzo sfila per Givenchy durante la settimana della moda di Parigi. A fine anno viene eletta dalla rivista russa Maxim la donna più sexy del pianeta.[15] Tra il 2013 e il 2014 è volto collezione di Agent Provocateur per cui gira uno spot diretto dall'attrice Penélope Cruz.[16]
Nel febbraio del 2014 sfila in esclusiva per il brand Desigual in occasione della Barcellona Fashion Week, per la collezione autunno/inverno,[17] e nel mese di maggio è sulla cover di Vogue Spagna accanto all'allora fidanzato Cristiano Ronaldo.[18] Nell'ottobre del 2015 firma un contratto con L'Oréal come nuova testimonial del brand, accanto a Bianca Balti, Doutzen Kroes e altre modelle.[19]
Nel 2016 è protagonista della campagna pubblicitaria di Givenchy Jeans, accanto al modello Chris Moore[20] e torna a essere testimonial di Intimissimi, marchio che la lanciò nel 2007.[5] Nel novembre dello stesso ha sfilato per la prima volta durante il Victoria's Secret Fashion Show.[21] L'anno successivo è tra le testimonial, accanto a Vittoria Ceretti e Raquel Zimmermann, della campagna pubblicitaria primavera/estate di Alberta Ferretti, realizzata dal fotografo Steven Meisel,[22] e di quella autunno/inverno di Blumarine, realizzata dai fotografi Luigi & Iango.[23] Nel mese di settembre, insieme alla modella Adriana Lima e al cantante The Weeknd, è sulla cover dell'edizione americana di Harper's Bazaar che celebra il 150º anniversario della rivista.[24]
Nel 2018 viene scelta, insieme alla modella Stella Maxwell, come testimonial della collezione autunno/inverno e come designer per una borsa, dal brand francese The Kooples.[25] L'anno successivo è testimonial in Russia della linea Marc Jacobs Beauty.[26] Nel 2020 è protagonista delle campagne pubblicitarie primavera/estate di Furla, fotografata da Gianpaolo Sgura,[27] e di Max Mara, realizzata da Steven Meisel e in cui posa insieme alle colleghe Joan Smalls, Adriana Lima e Gigi Hadid.[28]
Dal 2010 al 2015 ha avuto una relazione con il calciatore Cristiano Ronaldo.[31] Dal 2015[32] al giugno 2019 è stata legata all'attore Bradley Cooper,[33] da cui nel 2017 ha avuto una figlia.[34]
^Need for Speed The Run con Irina Shayk, in datasport.it, 23 novembre 2011. URL consultato il 5 gennaio 2012 (archiviato dall'url originale il 24 novembre 2011).