Окончила 9 классов школы города Артёмовска. Школьница Ирина Левченко умела стрелять из винтовки и оказывать первую помощь раненым. Переехала в Москву.

В Красной Армии с 1941 года, участница Великой Отечественной войны с июня 1941 года. В первые дни войны она пришла в районный отдел Красного Креста, где её назначили командиром отделения сандружины и определили пост наблюдения (общественные бани). Однако эта работа показалась девушке обыденной, так как она намеревалась отправиться на фронт спасать раненых.

В июле 1941 года в Москве создавались части и соединения народного ополчения. Тыловым частям действующей армии требовалось большое число сандружинниц, связисток и других специалистов. Летом 1941 года в числе сандружинниц прибыла в штаб 28-й армии в города Киров Смоленской области. Служила в операционно-перевязочном взводе, затем санинструктором роты 744-го стрелкового полка 149-й стрелковой дивизии 61-й армии Брянского фронта).

Немецкие войска подходили к Смоленску и Рославлю, куда была направлена И. Н. Левченко. Когда дивизия попала в окружение, Ирина Левченко на машинах эвакуировала 168 раненых. Вышла из окружения в районе посёлка Ворошиловский.

К маю 1942 года 18-летний санинструктор И. Н. Левченко вынесла с поля боя и оказала первую медицинскую помощь 168-ми раненым.

В боях за Тулумчак и Карпеч (Керченский полуостров, Крым) И. Н. Левченко оказала медицинскую помощь 30 раненым и лично эвакуировала с поля боя 28 человек с оружием, при этом захватила одного пленного и румынский пулемёт, доставив их в часть. Бывший командир отдельного танкового батальона Т. Туркатов в своих воспоминаниях рассказывает о героизме санинструктора И. Н. Левченко:

В 1942 г. наши войска вели бой на Керченском полуострове. Танки вышли из укрытия и развернутым фронтом пошли в атаку. За одним из наших танков, прикрываясь его броней, бежала с медицинской сумкой санинструктор… Девушка метнулась к пылающему танку. Она быстро открыла люк и стала вытаскивать из машины раненых… Загорелся ещё один танк. Его экипаж выбрался из машины и залёг в ближайшей воронке. Ирина подбежала к танкистам, перевязала им раны.

При этом была сама тяжело ранена и эвакуирована в госпиталь, где избежала ампутации правой руки. После выздоровления медицинская комиссия постановила снять И. Н. Левченко с военного учёта. Однако Ирина решила связать свою судьбу с танковыми частями. После неоднократных просьб добилась встречи с командующим бронетанковыми и механизированными войсками Красной Армии генерал-лейтенантом танковых войск Федоренко и была зачислена курсантом в Сталинградское военное танковое училище, эвакуированное в город Курган.

В 1943 году окончила ускоренный курс Сталинградского танкового училища. Через два дня после его окончания была принята в ВКП(б) (февраль 1943). До победоносного завершения войны служила офицером связи 41-й гвардейской танковой бригады 7-го механизированного корпуса, действовавшего на 2-м и 3-м Украинском фронтах, командовала группой лёгких танков Т-60.

Экипаж её танка участвовал в штурме Смоленска, где в 1941 году она вывозила раненых, освобождала Карпаты, Румынию, Болгарию, Венгрию. Войну Ирина Левченко окончила под Берлином.

За совершенные подвиги в годы Великой Отечественной войны И. Н. Левченко награждена тремя орденами Красной Звезды и 10-ю медалями. Министр обороны Болгарской Народной Республики генерал Добри Джуров наградил И. Н. Левченко именным оружием.

В 1952 году И. Н. Левченко окончила Военную академию бронетанковых и механизированных войск имени Р. Я. Малиновского. Некоторое время она работала, но знаний инженера И. Н. Левченко показалось недостаточно. Поэтому она поступила в Академию имени М. В. Фрунзе на исторический факультет, который окончила в 1955 году. С 1958 года — гвардии подполковник запаса.