Ήταν ο πρώτος ναός που κτίστηκε από τον Μέγα Κωνσταντίνο. Τον αφιέρωσε στην Ειρήνη του Θεού και είναι ένας από τους τρεις ναούς που αφιέρωσε σε ιδιότητες του Θεού, μαζί με την Αγία Σοφία και την Αγία Δύναμη. Θεωρείται ότι κτίστηκε στα ερείπια προχριστιανικού ναού. Στον ναό της Αγίας Ειρήνης πραγματοποιήθηκε το 381 η Δεύτερη Οικουμενική Σύνοδος. Ήταν η έδρα του Πατριαρχείου της Κωνσταντινούπολης μέχρι να χτιστεί η εκκλησία της Αγίας Σοφίας το 537.
Ο αρχικός ναός κάηκε το 532 κατά τη διάρκεια της Στάσης του Νίκα και ο Ιουστινιανός αποφάσισε να την ξανακτίσει. Ο νάρθηκας ξανακάηκε μαζί με τα δύο κοντινά ασκητήρια και τον ξενώνα του Σαμψών λίγα χρόνια μετά την ανοικοδόμησή του. Μέρος του θόλου επίσης, ο οποίος κτίστηκε βιαστικά, κατέρρευσε λίγο μετά, ενώ ακολούθησε και πυρκαγιά το 564.
Μετά από νέα καταστροφή εξαιτίας σεισμού στις 20 Οκτωβρίου
του 740, επανακατασκευάστηκε κατά μεγάλο μέρος κατά τα χρόνια της βασιλείας του Κωνσταντίνου Ε΄, παίρνοντας την σημερινή της μορφή. Τότε διακοσμήθηκε με ψηφιδωτά και τοιχογραφίες, ενώ κάποιες από τις αποκαταστάσεις εκείνης της εποχής σώζονται μέχρι τις ημέρες μας.
Η Αγία Ειρήνη είναι ένα εξαιρετικό δείγμα βυζαντινής τέχνης. Το εσωτερικό του ναού είναι διακοσμημένο με ψηφιδωτά και τοιχογραφίες που χρονολογούνται στον 8ο αιώνα. Η αψίδα του ναού έχει αψίδα βυζαντινού ρυθμού. Σήμερα το μνημείο είναι γνωστό με το ομώνυμο όνομα ως μουσείο που ανήκει στο παλάτι Τοπ Καπί.