В 1935 г. Ирен Жолио-Кюри и Фредерику Жолио совместно была присуждена Нобелевская премия по химии «за выполненный синтез новых радиоактивных элементов».
Во вступительной речи от имени Шведской королевской академии наук К. В. Пальмайер напомнил Жолио-Кюри о том, как 24 года назад она присутствовала на подобной церемонии, когда Нобелевскую премию по химии получала её мать. «В сотрудничестве с вашим мужем, — сказал Пальмайер, — вы достойно продолжаете эту блестящую традицию». К началу 1950-х гг. её здоровье стало ухудшаться, вероятно, в результате полученной дозы радиации.
Ирен Жолио-Кюри умерла в Париже 17 марта 1956 года от острой лейкемии.
Похоронена 21 марта 1956 года на кладбище в Со (О-де-Сен) под Пари
