Irene Fonseca doutorou-se em Matemática pela Universidade de Minnesota, em 1985, e licenciou-se em Matemática pela Universidade de Lisboa, em 1980. Foi condecorada em 1997 com o grau de Grande Official da Ordem Militar de Sant’Iago da Espada.

É Directora do Center for Nonlinear Analysis na Universidade de Carnegie Mellon desde 1998, cuja missão é a investigação e o treino em matemática aplicada na interface entre a matemática, as ciências físicas e a engenharia. Em 2003 foi nomeada Mellon College of Science Professor of Mathematics e em 2014 foi nomeada professora universitária. É Fellow da American Mathematical Society e da Society for industrial and Applied Mathematics, da qual foi Presidente em 2013 e 2014. Em 2012 foi-lhe concedido o grau de Doctor Honoris Causa pela Universidade Nova de Lisboa, e foi-lhe atribuído o prémio Seeds of Science da Ciência Viva.

Irene Fonseca publicou vários livros e tem mais de cem publicações relacionadas com a sua investigação. É editora de dezasseis revistas profissionais, e é actualmente membro de dez painéis de avaliação cientifica de centros de investigação, institutos, e departamentos de matemática nos Estados Unidos da América e na Europa.

É membro do Conselho da Diáspora Portuguesa desde 2015.