Irène Jacob hizo su primera aparición cinematográfica en Adiós, muchachos (Au revoir les enfants), del director Louis Malle, y poco después interpretó un pequeño papel en La Bande des quatre, de Jacques Rivette.

Para todos los cinéfilos, el dulce rostro de Irène Jacob estará siempre vinculada a su doble caracterización de Véronique / Weronika, divinamente presentada por el director Krzysztof Kieslowski en la película La doble vida de Verónica (La Double vie de Véronique). Por este trabajo, Irène Jacob obtuvo en 1991 el premio a la mejor actriz en Cannes.

Kieslowski, auténtico apadrinador de la actriz, le propuso posteriormente dar la réplica a Jean-Louis Trintignant en el último capítulo de su trilogía «Tres colores». En Tres colores: rojo (Trois couleurs: Rouge), su papel de Valentine la propulsó al primer plano. Desde entonces, y tras Les Fugueuses, de Nadine Trintignant, Irène Jacob se deja ver mayormente en películas anglófonas y en coproducciones internacionales, como Más allá de las nubes (Al di là delle nuvole), de Michelangelo Antonioni y Wim Wenders, o American cuisine, de Jean-Yves Pitou, además de desarrollar en paralelo su actividad teatral.

Irène Jacob ha actuado recientemente junto a Jean-Pierre Léaud en L’Affaire Marcorelle y Jean-Pierre Darroussin en Mille-Millièmes, comedia dramática dirigida por Rémi Waterhouse.