Tony Stark (Robert Downey Jr.) mulai melakukan sebuah proyek untuk menciptakan baju besi miliknya agar dapat dikendalikan dari jarak jauh, hanya dengan panggilan tangan dan gerak tubuh, yang juga menjadi penyebab retaknya hubungan Stark dengan kekasihnya Pepper Potts (Gwyneth Paltrow) yang sudah menjabat sebagai pemimpin Stark Industries. Proyek ini telah lahir sejak tahun 1999, di mana Stark dan kekasihnya kala itu, Maya Hansen (Rebecca Hall) sampai menolak Aldrich Killian (Guy Pearce) yang datang bersama perusahaan besar miliknya, Advanced Idea Mechanics.
Dari sebuah insiden yang tak ada sedetikpun terlintas dalam benak Tony akan menimbulkan masalah di kemudian hari, yaitu Aldrich Killian, seorang ilmuwan berwajah culun, yang memiliki sebuah ide tentang masa depan. Namun sayang, Tony saat itu lebih tertarik dengan penelitian milik Maya Hansen (Rebecca Hall). Sejak itu, Aldrich berusaha untuk bangkit sendiri dan melupakan kekecewaan yang ditimbulkan akibat ulah kecil Tony.
Selang 13 tahun, Tony masih sibuk dengan kostum Iron Man-nya, juga Mark 42. Yang tak disangka adalah, Aldrich kembali masuk ke kehidupan Tony guna mengacaukan pikirannya. Karena Aldrich ternyata mantan pacar Tony saat ini, Pepper Potts (Gwyneth Paltrow).
Belum tuntas urusan Tony dan Aldrich, kesibukan sang pahlawan kembali diuji oleh teror sadis yang ditebar oleh The Mandarin (Ben Kingsley). Sejumlah kejadian-kejadian seperti bom bunuh diri dan penyerangan kerap terjadi dan semakin membuat Tony kelimpungan. Puncaknya adalah saat rumah Tony di Malibu diluluhlantahkan oleh anak buah The Mandarin. Ditengah kondisi yang kacau, juga dengan bantuan James Rhodes (Don Cheadle), Tony mencoba menelusuri siapa dalang semua teror yang mengancam Iron Man dan keamanan dalam negeri Amerika Serikat.
Di trailer film ini juga terlihat, beberapa armor dihancurkan oleh tembakan yang membabi buta dan adanya kemunculan Iron Patriot di depan petinggi-petinggi militer. Dalam film ini, juga diceritakan sebuah plot yang akan mendiskripsikan sekaligus menjawab pertanyaan penting tentang karakter superhero itu.
Saat Stark melakukan sejumlah pertempuran, dia akan menemukan sebuah jawaban penting yang selama ini menghantuinya : “Apakah manusia yang membuat sebuah mesin berkuasa, atau sebaliknya, mesin yang membuat manusia berkuasa?”(sumber: xpresi jambi ekspres)