В 1955 году на съемках картины «Отелло» у Ирины возникает бурный роман с партнером по фильму Сергеем Бондарчуком. В то время Бондарчук уже был женат на актрисе Инне Макаровой.
Только через 4 года Ирина и Сергей смогли стать законными мужем и женой. Они прожили душа в душу вместе 35 лет, пока знаменитый актер и режиссер не умер.
У них было двое детей: дочь Алена и сын Федор. Федор был младше на 5 лет. Федор Бондарчук пошел по стопам отца и стал знаменитым актером и кинорежиссером современности.