六个月前，年轻帅气的军火商托尼·斯塔克（小罗伯特·唐尼饰）经历了人生最大的一次危机，不仅身体被改造，还被一直亲密无间的合作伙伴狠狠的摆了一道，幸亏凭借自己研制的全新战服才得以化解危机，斯塔克在公众前的代号，除了花花公子、亿万富翁之外又多了一个，那就是：钢铁侠。
和其他超级英雄不一样，斯塔克不屑于隐藏自己的身份，爱出风头的他借着钢铁侠的身份在各地亮相，由此也引得了军方对他的注意，国会要求他交出钢铁侠的战服，而政府对其施加的压力也愈来愈大。同时，军火商贾斯丁·汉默（山姆·洛克威尔饰）也有意研制出相同技术，与斯塔克分庭抗礼。在这种压力下，幸好小辣椒秘书波兹（格温妮斯·帕特洛饰）一直陪在身边，令斯塔克在酗酒烂醉逃避现实的时候，得以慰藉。
高调的斯塔克，早已成为了各路恶人的眼中钉，其中特别有两人想要击倒钢铁侠，一位是来自俄罗斯的重犯伊凡（米基·洛克饰），他利用同样源自自身研制的光鞭在赛车场重创了史塔克；另一位则是美艳非凡的黑寡妇娜塔莎（斯嘉丽·约翰逊饰），她接近斯塔克也有着自己的目的。