Ирина Пегова родилась в Горьковской (ныне Нижегородская) области. Начала обучение в Нижегородском театральном училище, по приглашению Петра Фоменко обучалась в Государственном институте театрального искусства (ГИТИС). По окончании вуза вошла в труппу театра «Мастерская Петра Фоменко».
С 2006 года – актриса Московского художественного театра (МХТ) имени А. П. Чехова. Играет также в спектаклях Московского театра Олега Табакова и Театра имени В. В. Маяковского.
С 2002 года снимается в кино. В фильмографии артистки – свыше 100 работ в фильмах и сериалах, среди которых «Прогулка» Алексея Учителя (первая крупная успешная работа актрисы), «Акушерка», «Свингеры», «Пищеблок», «Комиссарша», «Моя мама – шпион» и другие. Из последних по времени работ – роли оперной дивы в сериале «Шаляпин» и Екатерины II в фильме «Царская прививка».
Ирина Пегова участвовала в телепроектах «Танцы со звездами» (с Андреем Козловским) и «Ледниковый период» (с Алексеем Тихоновым), вела танцевальное шоу «Dance революция» на Первом канале. Участница спектакля «Онегин», где читает пушкинскую поэзию в ансамбле с Даниилом Страховым, Сергеем Чонишвили, Сергеем Шныревым в сопровождении ансамбля Алексея Айги.
Принимает участие в благотворительных акциях, вечерах поэзии и церемониях награждения в роли ведущей.
Заслуженная артистка России, лауреат множества театральных и кинопремий, в числе которых «Золотая маска», «Хрустальная Турандот», «Золотой орел», «Фигаро» имени Андрея Миронова и Премия Олега Табакова.