Ora che il mondo sa che Iron Man altri non è che l'industriale miliardario Tony Stark (Robert Downey Jr.), questi cerca di perfezionare il costume di Iron Man, rilanciando la stravagante Fiera Mondiale Stark Expo, organizzata da suo padre, che presenta una serie di innovazioni tecnologiche rivolte al bene dell'umanità. Mentre il governo statunitense insiste affinché Tony consegni la rivoluzionaria arma ai militari, Ivan Vanko (Mickey Rourke), un oscuro personaggio legato al passato della famiglia Stark, si fa avanti per distruggere Tony con una nuova arma devastante, ispirata alla tecnologia Stark. Contrastato da tutti e tormentato dai demoni interiori, Tony dovrà fare appello a tutti i suoi alleati – vecchi e nuovi – per poter affrontare le forze che minacciano di distruggere l'umanità intera.
