Jeszcze jako studentka ostatnich lat podjęła współpracę z Instytutem Ochrony Roślin w Puławach, którą kontynuowała po uzyskaniu dyplomu. Prowadziła również zajęcia dydaktyczne na Wydziale Rolniczym Uniwersytetu Jagiellońskiego. W 1952 zatrudniona została w charakterze asystenta w Katedrze Zoologii na Wydziale Rolniczym tej uczelni, by po roku awansować na starszego asystenta; w 1957 została adiunktem. Do końca życia pozostawała związana z Katedrą Zoologii, która po przekształceniach organizacyjnych i utworzeniu nowej uczelni w 1953 znalazła swoje miejsce w strukturze Wyższej Szkoły Rolniczej w Krakowie (od 1972 – Akademii Rolniczej). W 1961 na Wydziale Biologii i Nauk o Ziemi Uniwersytetu Jagiellońskiego Irena Bielenin obroniła rozprawę doktorską Anatomical and histological investigations on the genus Lecanium Burm., której promotorem również był Stanisław Smreczyński. Cztery miesiące roku 1963 Bielenin spędziła w Paryżu na stażu naukowym w Institut National Agronomique u wybitnego specjalisty w dziedzinie badań nad czerwcami Paula Pessona.