Главный герой фильма «Железный человек» — Тони Старк, богатый гений, который владеет компанией «Старк Индастриз». Он делает оружие, всякие крутые пушки и ракеты, и зарабатывает на этом кучу денег. Тони — типичный плейбой: любит тусоваться, выпивать, кататься на дорогих тачках и вообще жить на полную. У него есть верный помощник — секретарша Пеппер Поттс, которая всегда его прикрывает, и друг Роди, военный, который связывает Тони с армией США.
Фильм начинается с того, что Тони едет в Афганистан, чтобы показать американским военным свою новую ракету «Иерихон». Он там хвастается, шутит, короче, ведет себя как звезда. Но после презентации на его конвой нападают террористы из группировки «Десять колец». Они взрывают машины, стреляют, и Тони ранят осколками от его же собственной ракеты. Террористы берут его в плен и тащат в какую-то пещеру.
В этой пещере Тони приходит в себя и видит, что рядом с ним какой-то мужик — Йинсен, тоже пленник. Оказывается, у Тони в груди куча осколков, которые чуть не убили его, и Йинсен смастерил ему электромагнит, чтобы эти осколки не дошли до сердца. Этот магнит питается от автомобильного аккумулятора, и Тони теперь ходит с этой штукой в груди. Террористы требуют, чтобы он построил для них ракету «Иерихон», угрожая убить его, если откажется.
Но Тони не дурак. Он понимает, что как только сделает ракету, его прикончат. Вместе с Йинсеном он тайком начинает мастерить не ракету, а что-то другое — бронированный костюм с кучей оружия. Они собирают его из всякого хлама, который находят в пещере, и Тони придумывает, как запитать костюм от мини-реактора, который он тоже сам изобретает. Этот реактор потом становится его «фишкой» — маленькая штука в груди, которая заменяет аккумулятор и светится голубым светом.
Когда костюм готов, Тони надевает его и устраивает побег. Он пробивает стены, стреляет по террористам из огнеметов и ракет, короче, полный хаос. Йинсен помогает ему сбежать, но сам погибает, прикрывая Тони. В итоге Тони выбирается из пещеры, костюм разваливается, а его находят американские военные и привозят домой.
Вернувшись в США, Тони меняется. Он видел, как его оружие попало в руки террористов, и понял, что оно убивает не только «плохих парней», но и невинных людей. На пресс-конференции он заявляет, что «Старк Индастриз» больше не будет делать оружие. Все в шоке: акционеры, сотрудники, его партнер Обадайя Стейн, который помогал управлять компанией. Но Тони плевать, он теперь хочет исправить свои ошибки.
Дома Тони запирается в своей мастерской и начинает улучшать тот костюм из пещеры. Он делает его круче: гладкий, красный с золотым, с кучей технологий. Называет его «Железный человек». Он тестирует костюм, летает в нем (да, он умеет летать благодаря реактивным двигателям), падает пару раз, но в итоге доводит до ума. Его компьютерный помощник Джарвис (это такая умная программа с голосом) помогает управлять костюмом.
Тем временем выясняется, что Обадайя Стейн — тот еще гад. Он тайно продавал оружие террористам, включая «Десять колец», и именно он организовал нападение на Тони в Афганистане, чтобы убрать его и захватить компанию. Обадайя тоже хочет себе костюм, как у Тони, и заставляет своих инженеров сделать копию. Но без реактора Тони ничего не выходит — это его секретная технология.
Тони узнает, что террористы все еще используют его старое оружие, и решает их остановить. Он надевает костюм и летит в Афганистан. Там он громит их базу, спасает местных жителей, которых террористы держали в заложниках, и улетает. Это его первый выход как супергероя, и он начинает понимать, что может использовать свои мозги и технологии не для разрушения, а для помощи людям.
Но проблемы на этом не заканчиваются. Роди, который работает с военными, пытается понять, что за «Железный человек» появился в небе, а правительство хочет знать, чья это технология. Тони пока скрывает, что это он, но слухи уже ползут.
Обадайя тем временем крадет у Тони маленький реактор из груди (да, тот самый, что держит его живым). Без реактора Тони чуть не умирает, но Пеппер и Роди спасают его, подключив запасной. Обадайя использует украденный реактор, чтобы запитать свой огромный костюм. Этот костюм больше и мощнее, чем у Тони, но грубее и не такой умный.
Финальная битва происходит прямо на территории «Старк Индастриз». Тони в своем красном костюме дерется с Обадайей в его громадной железяке. Обадайя чуть не убивает Пеппер, но Тони заманивает его на крышу здания, где стоит большой реактор компании. Там Тони с помощью Пеппер перегружает систему, и Обадайю бьет током — он падает в реактор и погибает. Тони выживает, но еле-еле.
В конце фильма Тони вызывают на пресс-конференцию, чтобы объяснить, что за бойня была на заводе. Ему советуют сказать, что «Железный человек» — это просто охранник в костюме, и никто не узнает правду. Но Тони такой: «Да ну, надоело врать». Он берет микрофон и прямо заявляет: «Я — Железный человек». Все в шоке, журналисты орут, а он просто уходит с довольной улыбкой. На этом фильм заканчивается, но сразу понятно, что это только начало его приключений.
