Le génie industriel, visionnaire et milliardaire Tony Stark se rend en Afghanistan avec son ami militaire, le Lieutenant Colonel James Rhodes afin d'y faire une démonstration du nouveau missile Jéricho fabriqué par Stark Industries.

Pendant un acheminement dans un convoi militaire, Stark est gravement blessé dans une embuscade. Il est capturé et gardé dans une cave par un groupe terroriste nommé les Dix Anneaux. Il est sauvé par le Dr. Ho Yinsen, un autre détenu, qui a fabriqué un dispositif empêchant des éclats de shrapnel d'atteindre son cœur. Le chef des Dix Anneaux, Raza offre la liberté à Stark en échange de la construction d'un missile Jéricho pour le groupe, mais Stark et Yinsen sont certains qu'il ne respectera pas l'accord.

Pendant qu'il prétendent travailler sur le missile, Stark et Yinsen construisent un puissant réacteur électrique, nommé le Réacteur ARK, pour alimenter le dispositif dans le coeur de Stark et, ensuite, construisent une armure pour s'échapper. Les Dix Anneaux attaquent l'atelier après avoir découvert le plan de Stark, mais Yinsen se sacrifie afin de permettre à Stark de finir l'armure et de s'échapper.

Usant l'armure et ses armes, Stark combat pour trouver la sortie de la grotte. À la sortie de la grotte, il retrouve un Yinsen meurtri. Il lui demande de continuer à avancer et de ne pas s'occuper de lui. Stark, enragé, sort de la grotte et détruit toutes les installations terroristes et les armes de Stark Industries. Il active le mode vol de l'armure, mais celle-ci s'écrase dans le désert. La Mark I est détruite.

Après avoir été secouru par Rhodes, Stark retourne chez lui et annonce que Stark Industries ne produira plus d'armes, après avoir vu la destruction qu'elle produisent lorsqu'elles sont entre de mauvaises mains. Obadiah Stane, l'ancien partenaire de son père, affirme que cela va complètement ruiner l'entreprise et l'héritage familial.

Chez lui, Stark s'attèle pendant quelques mois à re-construire et améliorer son armure, qu'il nommera Mark II, avec un réacteur ARK plus puissant.

Lors de la première apparition publique de Stark, la journaliste Christine Everhart lui informe que les armes de Stark Industries, missile Jéricho inclus, ont été vendues aux Dix Anneaux et qu'ils s'en servent contre des villages comme Gulmira. Stark confronte Stane à propos des ventes d'armes et il apprend qu'il veut le remplacer à la tête de Stark Industries.

Énervé, Stark enfile son armure, désormais la Mark III, et se rend à Gulmira, le village de Yinsen et le sauve. Pendant le vol du retour, Stark est attaqué par deux chasseurs F-22 Raptor de l'armée. Il téléphone à Rhodes, lui révèle son identité et lui demande d'arrêter l'attaque. Pendant ce temps, les Dix Anneaux récupèrent les pièces de la première armure. Raza rencontre Stane et lui propose de lui donner l'armure contre la livraison de plusieurs armures nouvelles générations pour envahir l'Asie. Stane tue Raza et récupère l'armure. De retour à Stark Industries, il demande aux ingénieurs de travailler sur une nouvelle armure ainsi qu'un réacteur ARK miniature.

Agacé de découvrir que d'autres armes de Stark Industries sont vendues aux Dix Anneaux, Tony demande à son assistante Pepper Potts de pirater l'ordinateur de Stane dans son bureau. Elle découvre des éléments prouvants que Stane a vendu des armes aux terroristes mais qu'il est aussi responsable de l'enlèvement de Stark. Potts rencontre ensuite Phil Coulson du S.H.I.E.L.D, un groupe anti-terroriste, qui lui informe des agissements de Stane.

Les scientifiques de Stane lui affirment qu'ils ne peuvent pas réduire le réacteur ARK pour son armure. Il décide donc de tendre un piège à Tony, chez lui. À l'aide d'un Taser sonique, il le paralyse et lui vole son propre réacteur ARK. Laissé pour mort, Stark se sauve en ré-utilisant son premier Réacteur.

Potts, Coulson et quelques agents du S.H.I.E.L.D se rendent chez Stark Industries afin d'arrêter Stane, mais il déjà enfilé sa nouvelle armure et attaque les agents. Stark attaque Stane avec son armure, mais il est inférieur sans son réacteur pour alimenter sa nouvelle armure.

Stark réussi à emmener Stane sur le toit de l'usine de Stark Industries et demande à Potts de surcharger le grand Réacteur ARK. La surcharge provoque une explosion électrique qui laisse Stane insconscient. Il fini par tomber avec son armure dans le réacteur et meurt. Le lendemain, la presse surnomme le héros en armure « Iron Man » L'Agent Coulson donne à Tony une histoire créée par le S.H.I.E.L.D afin d'expliquer les incidents sur le toit et la mort de Stane. À la conférence de presse, Stark commence à lire l'histoire, mais fini par annoncer qu'il est Iron Man.

Plus tard, le directeur du S.H.I.E.L.D, Nick Fury rend visite à Stark chez lui et lui affirme « qu'il n'est pas le seul Super Héros du monde » et qu'il veut lui parler du projet Initiative des Avengers.

Tony Stark / Iron Man incarné par Robert Downey Jr.

Lt-Colonel James Rhodes incarné par Terrence Howard

Obadiah Stane / Iron Monger incarné par Jeff Bridges

Pepper Potts incarnée par Gwyneth Paltrow

Christine Everhart incarnée par Leslie Bibb

Ho Yinsen incarné par Shaun Toub

Raza incarné par Faran Tahir

Agent Phil Coulson incarné par Clark Gregg

Général William Gabriel incarné par Bill Smitrovich

Abu Bakaar incarné par Sayed Badreya

J.A.R.V.I.S. doublé par Paul Bettany

Happy Hogan incarné par Jon Favreau

Wiliam Ginter Riva incarné par Peter Billingsley

Major Allen incarné par Tim Guinee

Omar incarné par Fahim Fazli

Howard Stark incarné par Gerard Sanders

Directeur Nick Fury incarné par Samuel L. Jackson (post-générique ; non crédité)

Mention

• Projet Manhattan
• Maria Stark
• Franklin D. Roosevelt
• Adolf Hitler
• Hugh Hefner
• Hirohito
• Achille
• Bill Gates (vidéo)
• Léonard de Vinci
• Jackson Pollock
• Gengis Khan
• Empire Romain
• Alexandre le Grand
• Jules César
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