У 2002 році достроково захистила дисертаційне дослідження на здобуття наукового ступеня кандидата педагогічних наук «Корекція художнього сприймання розумово відсталих підлітків засобами образотворчого мистецтва». 

У 2009 році здобула науковий ступінь доктора педагогічних наук, захистивши дисертаційне дослідження «Корекційні функції естетичного виховання та механізми їх реалізації в старших класах допоміжної школи».

До кола наукових інтересів Ірини Дмитрівни входить проблема освіти дітей з особливими освітніми потребами, зокрема дітей з інтелектуальними порушеннями.

Вона є автором понад 170 науково-методичних публікацій, серед яких: 20 навчальних програм і навчально-методичних матеріалів, зокрема 10 навчальних програм для загальноосвітніх закладів для дітей з психофізичними порушеннями, монографії, методичні та наукові посібники і підручники, статті в наукових журналах та збірниках наукових праць.

І. В. Дмитрієва – науковий керівник проектів «Змістове і методичне забезпечення підготовки корекційного психопедагога до роботи в спеціальних та інклюзивних закладах освіти», «Науково-методичне забезпечення змісту освіти дітей з особливими освітніми потребами», «Створення науково-консультативного центру з питань організації освітнього простору осіб з особливими освітніми потребами в умовах інтегрованого та інклюзивного навчання», «Реалізація концепції ранньої реабілітації та соціалізації дітей з психофізичними порушеннями». 

Була членом журі всеукраїнських студентських інтелектуальних змагань: конкурсу студентських наукових робіт з галузі знань «Спеціальна освіта (за нозологіями)» (2018, 2019) та студентської олімпіади (з міжнародною участю) зі спеціальності 016 Спеціальна освіта (за нозологіями) (2016-2019).

У 2010 році пані Ірина стала переможницею конкурсу «Жінка Донбасу» в номінації «Жінка-науковець року». 

Науковий керівник дисертаційних досліджень аспірантів та здобувачів, наукових досліджень студентів. Ірина Володимирівна неодноразово отримувала подяку за активну участь у організації та проведенні щорічної Всеукраїнської студентської олімпіади (з міжнародною участю) з напряму «Корекційна освіта (за нозологіями)».