Ο ναός της Αγίας Ειρήνης βρίσκεται στην ανατολική πλευρά της Κωνσταντινούπολης, στον εξωτερικό περίβολο του παλατιού Τοπκαπί και σε απόσταση μόλις 110μ. βορειοανατολικά της Αγίας Σοφίας.
Η ίδρυσή της ανάγεται, κατά την παράδοση, στον Μ. Κωνσταντίνο (324-337) ο οποίος έκτισε μεγαλοπρεπή εκκλησία στη θέση μιας μικρότερης. Η Αγία Ειρήνη λειτούργησε ως καθεδρικός ναός μέχρι την ανέγερση της Αγίας Σοφίας το 360 και ξανά κατά το διάστημα 404-415, λόγω ανακαίνισης της Αγίας Σοφίας μετά την πυρκαγιά του 404, επακόλουθο της εξορίας του Ιωάννου Χρυσοστόμου. Από τον 5ο αι. οι δύο ναοί αποτελούσαν το συγκρότημα του Πατριαρχείου Κωνσταντινουπόλεως και υπηρετούνταν από το ίδιο ιερατείο.
Η Αγία Ειρήνη καταστράφηκε το 532 στη Στάση του Νίκα και ξανακτίστηκε από τον Ιουστινιανό Α΄ (527-565) ως τρίκλιτη βασιλική με τρούλλο, νάρθηκα και αίθριο. Το μέγεθος και η μεγαλοπρέπειά της μπορούσαν να συγκριθούν μόνο με την Αγία Σοφία της ιουστινιάνειας περιόδου, ενώ ο κεντρικός τρούλλος της είναι ο δεύτερος μεγαλύτερος στη βυζαντινή αρχιτεκτονική μετά από εκείνον της Αγίας Σοφίας.
Στην πυρκαγιά του 564 καταστράφηκαν το αίθριο και ο νάρθηκας, ενώ εκτεταμένες ζημιές στο κτίριο προκάλεσε ο σεισμός της 26ης Οκτωβρίου 738. Η επισκευή του πραγματοποιήθηκε από τον Κωνσταντίνο Ε΄ (740-775). Από τον 10ο αιώνα κ.εξ. δεν υπάρχουν μαρτυρίες για τον ναό, εκτός της αναφοράς του Παχυμέρη (1242-περ. 1310) για ενθρόνιση του μητροπολίτη της θρακικής Ηράκλειας Γερμανού το 1283 στην Αγία Ειρήνη.
Μετά την Άλωση του 1453 ο ναός δεν μετατράπηκε ποτέ σε τζαμί, ίσως επειδή βρισκόταν εντός των τειχών του Τοπκαπί. Λόγω της εγγύτητάς της με την έδρα του σώματος των Γενιτσάρων, η Αγία Ειρήνη χρησιμοποιήθηκε ως οπλοστάσιο. Την περίοδο 1846-1874 λειτούργησε ως μουσείο αρχαιοτήτων και έπειτα ως πολεμικό μουσείο, ενώ από το 1946 απομακρύνθηκαν όλα τα εκθέματα ώστε να ξεκινήσουν αρχαιολογικές έρευνες. Στις ανασκαφές που πραγματοποιήθηκαν τις δεκαετίες 1950-1960 γύρω από τον ναό ήρθαν στο φως οικοδομικά κατάλοιπα στη νότια πλευρά, το σκευοφυλάκιο στη βορειοανατολική πλευρά, ενώ με βάση τα ευρήματα κατέστη δυνατός ο προσδιορισμός της μορφής του αιθρίου.
Εδώ και χρόνια η Αγία Ειρήνη αποτελεί χώρο πολιτιστικών εκδηλώσεων, ενώ από τον Ιανουάριο του 2014 είναι ανοικτή στο κοινό, σε σχεδόν καθημερινή βάση.