Irena Paleologina (gr.: Ειρήνη Παλαιολογίνα, Eirēnē Palaiologina; bułg.: Ирина Палеологина, Irina Paleołogina) – księżniczka bizantyńska, córka cesarza Michała VIII Paleologa, żona Iwana Asena III cara Bułgarii.
caryca Bułgarii Irena była najstarszą córką cesarza Michała VIII Paleologa i cesarzowej Teodory Dukainy Watatziny.
Zainteresowany destabilizacją polityczną Bułgarii Michał VIII poparł wybuch powstania przeciw carowi Konstantynowi Tichowi w 1277 roku pod wodzą chłopa z północnej Bułgarii Iwajły. Ofiarował też Iwajle rękę Ireny i pomoc ze strony Cesarstwa. Klęska Konstantyna Ticha, który zginął w bitwie z chłopskimi rebeliantami i postępy rebelii skłoniły Michała VIII do zmiany stanowiska. Jeszcze w tym samym 1277 roku wydał Irenę za Iwana Mico, potomka carskiej dynastii bułgarskiej, żyjącego w imperium bizantyńskim. Na czele armii dowodzonej przez Michała Glawasa wysłał go następnie do Bułgarii.