O mundo já sabe que o inventor bilionário Tony Stark (Robert Downey Jr.) é o super-herói blindado Homem de Ferro. Sofrendo pressão do governo, da mídia e do público para compartilhar sua tecnologia com as forças armadas, Tony reluta em divulgar os segredos por trás da armadura do Homem de Ferro, temendo que as informações caiam em mãos erradas. Tendo Pepper Potts (Gwyneth Paltrow) e James "Rhodey" Rhodes (Don Cheadle) a seu lado, Tony estabelece novas alianças e enfrenta novas e poderosas forças.