Mediauppspelning stöds inte på den här enheten
Mannen Newtownards blev den första irländska cyklisten som vann en världstitel på 117 år när han segrade i reploppet i Vitryssland.
Irvine, 28, vann också silver i poäng loppet vid VM plus en VM-guld i Manchester och en europeisk brons i år.
"Detta är en enorm ära", sade sju gånger irländska mästare Irvine.
"Jag vill tacka BBC Nordirland för detta pris eftersom det är fantastiskt erkännande för allt som har hänt under det senaste året och även för den cykelsport som har gått igenom något av återuppvaknande i popularitet nyligen.
"Jag ser verkligen fram emot nästa år med Samväldesspelen, VM och förhoppningsvis Giro d'Italia.
"Med lite tur kommer jag att chatta med några av killarna från BBC Sport NI från ett podi någon gång nästa år!"
Efter att ha vunnit sitt historiska världsguld och silver i Vitryssland under februari drabbades Irvine sedan av en höftfraktur vid en road race händelse i Taiwan en månad senare vilket uteslöt honom fram till augusti.
Men den kämpande Irvine återfick sin kondition att vinna brons vid European Track Championships i Nederländerna innan han tog segern i VM poäng händelsen i Manchester två veckor senare.
Juryn bland nordirländska idrottsjournalister valde Irvine framför andra AP McCoy och motorcyklisten Michael Dunlop.
Andra nominerade till utmärkelsen var boxaren Carl Frampton, Irlands cricketkapten William Porterfield och triathlonstjärnan Aileen Reid.
Juryn bestod av Shane Glynn, redaktör Sport BBC NI, BBC NI sport reporter Nikki Gregg, Belfast Telegraph sportredaktör Stephen Beacom, Kenny Archer av Irish News, News Letter sportredaktör Richard Mulligan och författare och frilansjournalist Orla Bannon.
"Än en gång hade juryn ett tufft beslut att göra i år men vi kände att Martyns prestationer var bara enastående," sade BBC NI sportredaktör Glynn.
"Jag är glad att han har röstats BBC Nordirlands Sports Personality of the Year för 2013.
"Att bli världsmästare, bokstavligen inom en timme efter att ha vunnit en silvermedalj i en annan disciplin, är inget annat än fenomenalt.
"Och för att slå gillar av AP McCoy och Michael Dunlop till denna utmärkelse talar volymer om Martyns prestationer."
Världsmästare cyklisten Martyn Irvine har utsetts 2013 BBC Nordirland Sports Personality of the Year.