El mundo ya sabe que el multimillonario Tony Stark (Robert Downey Jr.) es Iron Man, el superhéroe enmascarado. A pesar de las presiones del gobierno, la prensa y la opinión pública para que comparta su tecnología con el ejército, Tony es reacio a desvelar los secretos de la armadura de Iron Man, porque teme que esa información caiga en en manos de irresponsables. Con Pepper Potts (Gwyneth Paltrow) y James “Rhodey” Rhodes (Don Cheadle) a su lado, Tony forja alianzas nuevas y se enfrenta a nuevas y poderosas fuerzas.