自纽约事件以来,托尼·斯塔克(小罗伯特·唐尼 Robert Downey Jr. 饰)为前所未有的焦虑症所困扰。他疯狂投入钢铁侠升级版的研发,为此废寝忘食,甚至忽略了女友佩珀·波茨(格温妮斯·帕特洛 Gwyneth Paltrow 饰)的感受。与此同时,臭名昭著的恐怖头目曼达林(本·金斯利 Ben Kingsley 饰)制造了一连串的爆炸袭击事件,托尼当年最忠诚的保镖即在最近的一次袭击中身负重伤。未过多久,托尼、佩珀以及曾与他有过一面之缘的女植物学家玛雅(丽贝卡·豪尔 Rebecca Hall 饰)在家中遭到猛烈的炮火袭击,几乎丧命,而这一切似乎都与22年前那名偶然邂逅的科学家阿尔德里奇·基连(盖·皮尔斯 Guy Pearce 饰)及其终极生物的研究有关。
即使有精密先进的铠甲护身,也无法排遣发自心底的焦虑。被击碎一切的托尼,如何穿越来自地狱的熊熊烈火……