"Irina: The Vampire Cosmonaut" spielt in einer alternativen Version des 20. Jahrhunderts, in der die Welt in einen Wettlauf um die Eroberung des Weltraums verwickelt ist. Die Geschichte konzentriert sich auf die Nation Zirnitra, die im Wettbewerb mit ihrem Rivalen, der United Kingdom of Arnak, steht. Um im Raumfahrtprogramm einen Vorteil zu erlangen, setzt Zirnitra auf unkonventionelle Methoden und wählt eine Vampirin namens Irina Luminesk als potenzielle Kosmonautin aus. Vampire werden in dieser Welt als minderwertige Wesen betrachtet und oft diskriminiert, doch Irina erhält die Chance, ihre Fähigkeiten unter Beweis zu stellen.

Der Protagonist Lev Leps, ein ehrgeiziger und talentierter Testpilot, wird als Irinas Betreuer und Begleiter zugeteilt. Anfangs ist er skeptisch gegenüber ihrer Natur, doch im Laufe der Zeit entwickelt sich eine tiefe Verbindung zwischen den beiden. Die Serie begleitet ihre Vorbereitungen auf die Raumfahrtmission, wobei sie sich mit technischen Herausforderungen, politischen Intrigen und gesellschaftlichen Vorurteilen auseinandersetzen müssen. Irinas übermenschliche Fähigkeiten, wie ihre erhöhte Ausdauer und Widerstandsfähigkeit, machen sie zu einer idealen Kandidatin, doch ihre Existenz als Vampirin birgt auch Risiken und Konflikte.

Die Handlung beleuchtet die Beziehung zwischen Irina und Lev, die von gegenseitigem Respekt und Vertrauen geprägt ist, sowie die ethischen und moralischen Dilemmata, die mit der Nutzung von Irinas Fähigkeiten verbunden sind. Gleichzeitig wird der politische Druck auf das Raumfahrtprogramm dargestellt, das von Geheimnissen und Manipulationen durch höhere Instanzen geprägt ist. Die Serie verbindet historische Elemente des Raumfahrtwettlaufs mit fantastischen Aspekten, die durch die Einbindung von Vampiren entstehen, und schafft so eine einzigartige Mischung aus Science-Fiction und Drama.