実業家兼発明家のトニー・スターク（ロバート・ダウニー・Jr）は、米国政府と契約を結ぶ巨大軍事企業スターク・インダストリーズのCEO。彼は、政府とのパイプ役を努める親友の軍人ローディ（テレンス・ハワード）とともに、アフガニスタンで新型兵器の実験を敢行。実験は大成功に終わるが、武装テロ集団の襲撃を受ける。重傷を負って拘束されるトニー。一味に監禁されている医師インセン（ショーン・トーブ）は彼に人工心臓を移植、一命を取り留める。だが、テロ組織のリーダー、ラザ（ファラン・タヒール）はトニーに新兵器の製造を強要。連行された組織のアジトには、スターク・インダストリーズ製兵器の数々が並んでいた。自分が開発した兵器がテロに利用されていたことを知り、ショックを受けるトニー。彼はミサイルを作るフリをして、飛行可能なパワードスーツ“マークＩ”を製造、敵の隙を突いて脱出する。だが、マークＩは砂漠で全壊。心身に深い傷を負いながら帰国を果たす。会社に戻ったトニーは、幹部役員オバディア・ステイン（ジェフ・ブリッジス）の反対を押し切り、兵器産業からの撤退を発表する。そのニュースに世間が騒然とする中、秘書ペッパー・ポッツ（グウィネス・パルトロー）やローディの協力を得て、新たなパワードスーツの開発に着手。やがてそれは、戦闘機並みの飛行能力、戦闘力を備えた“マークII”を経て、赤と金に輝く“マークIII”へと進化を遂げる。世界を乱す悪との戦いを決意するトニー。だが、彼の知らないところでスターク・インダストリーズは武器販売を続けていた。ラザ一派による民家襲撃のニュースを耳にしたトニーはマークIIIで出撃、テロリストを一掃する。一方、砂漠に残されたマークＩの残骸と設計図から、さらに恐ろしい兵器が作られようとしていた。黒幕はオバディア。トニーを襲い、パワードスーツの秘密を手に入れた彼はその本性を現す。