托尼·斯塔克是斯塔克工业的天才CEO，也是个玩世不恭的花花公子。一次前往阿富汗展示新型导弹途中，他遭恐怖分子绑架。恐怖分子要求他制造杀伤力更强的武器，他却秘密利用废料造出了一套动力装甲，成功逃脱。回到美国后，托尼公开了自己钢铁侠的身份。然而，他的身体因方舟反应炉的钯元素中毒而每况愈下。与此同时，俄罗斯科学家伊凡·万科因父亲与霍华德·斯塔克的恩怨，制造出电磁鞭武器向斯塔克复仇。另外，军方也想从他手中夺走钢铁侠技术。在重重困境下，托尼一方面要对抗万科的攻击，一方面要解决自身身体问题，还要应对军方的压力。最终，他在好友罗德、佩珀等人的帮助下，克服重重困难，不仅找到了新的能源替代钯元素，还打败了万科，守护了自己的科技与自由。