Și-a început cariera în calitate de juristă la Inspectoratul Fiscal din Unitatea Teritorială Autonomă (UTA) Găgăuzia, iar în șapte ani a avansat până la funcția de șefă a Secției juridice a Comitetului Executiv - guvernul regiunii.

În anii 2005-2014 a fost aleasă de cinci ori în funcția de deputat în Parlamentului Republicii Moldova, iar din 2010 până în 2015 a făcut parte din componența Comitetului Executiv Politic al Partidului Comuniștilor.

Prima dată a candidat la funcția de bașcan al UTA Găgăuzia în anul 2010. Deși a acumulat 30.96 la sută din sufragii, nu a reușit să acceadă în turul doi, fiind devansată de Nicolai Dudoglo și viitorul învingător al scrutinului, Mihail Formuzal.

În anul 2014, Irina Vlah a fost unul dintre inițiatorii organizării pe teritoriul UTA Găgăuzia a unui referendum consultativ privind aderarea la Uniunea Vamală Rusia-Belarus-Kazahstan. În urma referendumului, peste 98 la sută dintre locuitorii autonomiei s-au pronunțat în favoarea vectorului estic al regiunii. Atunci autoritățile de la Chișinău au declarat referendumul ilegal, iar Procuratura Generală a intentat un dosar penal pentru samavolnicie.

În ianuarie 2015, înaintea alegerilor pentru funcția de bașcan, Irina Vlah a anunțat că părăsește rândurile comuniștilor. Două luni mai târziu, beneficiind de susținerea politică a socialiștilor, a obținut victorie chiar din primul tur al alegerilor pentru funcția de bașcan.

Patru ani mai târziu, Irina Vlah este realeasă bașcan al UTA Găgăuzia, după o victorie obținută, la fel, din primul tur de scrutin.

În 2023, Evghenia Guțul, protejata oligarhului moldovean fugar Ilan Șor, a înlocuit-o pe Vlah în funcția de șef al puterii executive a autonomiei.

Odată cu plecarea din funcția de bașcană, Vlah a început să se poziționeze ca pro-europeană. Aceasta conduce organizația obșteștească „Platforma Moldova”, un proiect socio-politic antiguvernamental.

La alegerile prezidențiale din octombrie 2024 candidează independent.