Nata a Chiliomodi - in Grecia, nella zona di Corinto - nel 1926, Irene Lelekou - meglio nota con il nome d’arte Irene Papas - si fa notare in La città morta (1952) di Frixos Iliadis, premiato al Festival di Cannes.

Lavora anche negli Stati Uniti, dove esordisce nel ’56 nel western La legge del capestro di Robert Wise, in cui recita con James Cagney.

Tuttavia, il suo maggior successo lo otterrà nuovamente in Grecia, in Elettra (1960) di Michael Cacoyannis, che rilancerà la sua carriera a Hollywood permettendole di partecipare a produzioni come il celebre I cannoni di Navarone (1961) di Jack Lee Thompson, con Gregory Peck, David Niven, Anthony Quinn, Anthony Quayle, Stanley Baker, James Darren ed un giovane Richard Harris a inizio carriera, e Zorba il greco (1964) di Michael Cacoyannis, nuovamente con A. Quinn.

In Europa è protagonista nel thriller politico Z - L'orgia del potere (1969) di Constantin Costa-Gavras, con Yves Montand e Jean-Louis Trintignant, Le troiane (1971) di Michael Cacoyannis, con Katharine Hepburn, ispirata alla tragedia omonima di Euripide, La quinta offensiva (1973) di Stipe Delic.

Molto attiva anche in Italia, la ricordiamo nel ruolo dell’ambigua vedova Roscio in A ciascuno il suo (1967) di Elio Petri, tratto dal libro omonimo di Leonardo Sciascia ed interpretato da Gian Maria Volonté, Gabriele Ferzetti, Salvo Randone e Mario Scaccia, di Penelope nello sceneggiato televisivo Odissea (1968) di Franco Rossi, con Bekim Fehmiu, Renaud Verley e Karl Otto Alberty, di Sefora nello sceneggiato Mosè, la legge del deserto (1974), con Burt Lancaster e Ingrid Thulin,  Roma bene (1971) di Carlo Lizzani, con Nino Manfredi e Virna Lisi,  Non si sevizia un paperino (1972) di Lucio Fulci, Le farò da padre (1974) di Alberto Lattuada, con Gigi Proietti, Cristo si è fermato a Eboli (1979) di Francesco Rosi, tratto dal libro omonimo di Carlo Levi ed in cui recita nuovamente con G. M.  Volonté, Il disertore (1983) di Giuliana Berlinguer, Cronaca di una morte annunciata (1987) di Francesco Rosi, tratto dal romanzo omonimo di Gabriel Garcia Marquez, di nuovo con G. M. Volonté.

Fra gli altri film, Antigoni (1961) di Yorgos Javellas, tratto dall’omonima tragedia di Sofocle, Giallo a Creta (1964) di James Neilsen, con Eli Wallach e Hayley Mills, La fratellanza (1968) di Martin Ritt, con Kirk Douglas, Anna dei mille giorni (1969) di Charles Jarrott, con Richard Burton e Anthony Quayle, Il messaggio (1977) di Moustapha Akkad, con A. Quinn, Ifigenia (1977) di Michael Cacoyannis,  Il leone del deserto (1981) di M. Akkad, con Anthony Quinn, Rod Steiger e Oliver Reed, Assisi Underground (1985) di Alexander Ramati, con James Mason e Maximilian Schell, Tutto in una notte (1985) di John Landis, con Michelle Pfeiffer e Jeff Golblum, Island (1989) di Paul Cox.

Nel ’72 partecipa all'album 666, della celebre band greca Aphrodite’s Child. In seguito registrerà due album con Vangelis, ex tastierista della band il quale nel frattempo, in seguito allo scioglimento degli Aphrodite’s Child, ha intrapreso la carriera di solista (così come Demis Roussos, ex voce della band): Odes (1979) e Rapsodies (1986).

Nel 1987 presiede la giuria della Mostra Internazionale d’Arte Cinematografica di Venezia. Due anni dopo, diretta da Mauro Bolognini, interpreta I giganti della montagna (1989) di Luigi Pirandello, in cui interpreta il tragico ruolo della Contessa.

A partire dagli anni Novanta appare in altri film, fra cui Party (1996), diretto dal regista portoghese Manoel de Oliveira, Inquietudine (1998), anch’esso di M. de Oliveira, Yerma (1998) di Pilar Távora, Il mandolino del capitano Corelli (2001) di John Madden, con Nicolas Cage e Penelope Cruz, Un film parlato (2003) di M. de Oliveira, con John Malkovich e Catherine Deneuve.

Nel ’93 riceve il Premio Flaiano alla Carriera. Dal 2006 è attiva soprattutto in teatro e, nel 2009, riceve il Leone d’Oro alla Carriera.