Todo el mundo sabe que el multimillonario Tony Stark es Iron Man, el superhéroe enmascarado. Sometido a presiones por parte del gobierno, la prensa y la opinión pública para que comparta su tecnología con el ejército, Tony es reacio a desvelar los secretos de la armadura de Iron Man porque teme que esa información pueda caer en manos indeseables. Con Pepper Potts y James "Rhodey" Rhodes a su lado, Tony forja alianzas nuevas y se enfrenta a nuevas y poderosas fuerzas.
 | Robert Downey Jr. | Tony Stark / Iron Man |
 | Don Cheadle | Coronel James 'Rhodey' Rhodes / Máquina de Guerra |
 | Gwyneth Paltrow | Pepper Potts |
 | Sam Rockwell | Justin Hammer |
 | Mickey Rourke | Ivan Vanko / Whiplash |
 | Scarlett Johansson | Natalie Rushman / Natasha Romanoff / Viuda Negra |
 | Samuel L. Jackson | Nick Fury |
| Jon Favreau | Happy Hogan |
| Garry Shandling | Senador Stern |
| John Slattery | Howard Stark |
| Clark Gregg | Agente Coulson |
 | Paul Bettany | Voz de Jarvis |
 | Leslie Bibb | Christine Everhart |
| Kate Mara | Agente |
