De son vrai nom Irini Lelekou, Irène Papas voit le jour en 1926 près de Corinthe, en Grèce. Issue d’une famille d’intellectuels, elle débute d’abord au théâtre, avant de faire ses premiers pas au cinéma en 1948 dans Anges perdus, de Nikos Tsiforos. Egalement chanteuse (elle interprètera Theodorakis, collaborera avec Aphrodite’s Child ou Vangelis…), la belle se fait d’abord connaître dans son pays, avant de mener une longue et fructueuse carrière internationale.

Après un passage par l’Italie et le péplum, on la retrouve ainsi en 1956 dans La Loi de la prairie de Robert Wise, puis en 1961 à l’affiche des Canons de Navarone. Cependant cette tragédienne, mieux révélée par son rôle de veuve dans Zorba le Grec de Michael Cacoyannis (avec lequel elle tournera à cinq reprises), va avant tout se faire une spécialité des grandes héroïnes de l’antiquité grecque : Antigone (1961), Electre (1962), et plus tard Hélène dans Les Troyennes (1971), ou Clytemnestre dans Iphigénie (1977). En 1969, elle interprète une autre Hélène, épouse du député incarné par Yves Montand dans Z, œuvre majeure de Costa-Gavras qui dénonce la "dictature des colonels" en Grèce et remportera notamment l’Oscar du meilleur film en langue étrangère. La même année, on la retrouve en Catherine d’Aragon face à Richard Burton et Geneviève Bujold dans Anne of the Thousand Days.

Au cours de ses pérégrinations, elle tourne en Italie pour Elio Petri (A chacun son dû, 1967), Alberto Lattuada (La Bambina, 1974), Francesco Rosi (Le Christ s'est arrêté à Eboli, 1979 ; Chronique d'une mort annoncée, 1986) ou Marco Ferreri (Le Banquet, téléfilm tiré de l’œuvre de Platon en 1989), retrouve tardivement Cacoyannis (Sens dessus dessous, 1993), et participe à des productions anglo-saxonnes comme Série noire pour une nuit blanche (John Landis, 1985) ou Capitaine Corelli (John Madden, 2001), recroisant Zorba/Anthony Quinn dans Le Lion du désert en 1981. Dans les années 1990-2000, poursuivant parallèlement une carrière au théâtre et la télévision, elle se fait plus rare sur grand écran, entamant toutefois une collaboration prolongée avec le cinéaste portugais Manoel de Oliveira : Irène Papas tourne ainsi dans Party (1996), Inquiétude (1998) et Un film parlé (2003), son dernier film en date.