A l’ouverture de la Stark Expo, Tony Stark (Robert Downey Jr) est toujours aussi arrogant et célèbre, surtout depuis que le monde sait qu’il est Iron Man. Avec son ami le colonel Rhodes (Don Cheadle), il déboute l’US Army qui lorgne méchamment sur sa technologie de pointe, notamment le médiocre Hammer.
Mais le palladium nécessaire à sa super-condition le tue à petit feu, et Tony exige de son assistante Pepper Potts (Gwyneth Paltrow) qu’elle prenne sa succession à la tête de Stark Industries, recrutant également la sculpturale Natalie (Scarlett Johansonn) pour la seconder.
Le vent tourne à Monaco : Ivan Vanko (Mickey Rourke) débarque doté d’une technologie comparable à celle de Stark, et il fait une belle frayeur publique à Iron Man. Vaincu de justesse, le forçat russe est mis en prison, et s’avère être le fils d’un collègue de Papa Stark sur le projet qui donnerait plus tard la super armure. Seulement Hammer a les sous, Vanko le talent, et tous les deux ont la rancune tenace et s’associent contre Super Stark. Tony, se sentant mourant, pète un plomb et l’armée récupère un exemplaire de la combinaison. En tentant de faire le vide, il finit par mettre au point un nouvel élément expérimental, moins nocif que le palladium.
Hammer fait une présentation publique des drones made in Vanko, avec Rhodes dans la combi volée. Mais le tout est contrôlé à distance par Vanko, et s’ensuit une longue bataille : Iron Man vs les drones et Rhodes, prisonnier de l’armure hostile.
Finalement, l’assistante Natalie (aka la Veuve Noire, une espionne) permet à Rhodes d’assister son ami contre les drones et Vanko, qui dépité, se fait sauter avec toute son armée. Iron Man sauve Pepper Potts de justesse, elle démissionne, il l’embrasse. Tandis qu’il se fait décorer, un avenir nouveau s’annonce, via le boss (Samuel Jackson) de la Veuve Noire qui nous laisse présager un troisième opus avec l’ébauche du projet Avengers – pas de chapeau melon ni de bottes de cuir, ici, mais plutôt une sorte de ligue de X-Men dont Allociné se pourlèche d’avance les babines !