<어벤져스> 뉴욕 사건의 트라우마로 인해 영웅으로서의 삶에 회의를 느끼는 토니 스타크(로버트 다우니 주니어). 그가 혼란을 겪는 사이 최악의 테러리스트 만다린(벤 킹슬리)을 내세운 익스트리미스 집단 AIM등장 전 세계를 혼란에 빠뜨린다.

그리고 AIM은 타겟을 아이언맨 토니 스타크로 정하고 스타크 저택에 공격을 퍼붓는다. 이 공격으로 토니의 저택은 부서지고 그에게 남은 건 이제 망가진 수트 한 벌 뿐.

모든 것을 잃어버린 그는 다시 테러의 위험으로부터 세계와 사랑하는 여인(기네스 팰트로)를 지켜내야 하는 동시에 머릿속을 떠나지 않던 한가지 물음의 해답도 찾아야만 한다. 과연 그가 아이언맨인가? 수트가 아이언맨인가?

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3년 만에 돌아온 <아이언맨3>는 <어벤져스>의 뉴욕사건과 연결되는 시점부터의 스토리를 다룬다. <어벤져스>에서 웜홀에 다녀온 트라우마에 시달리며 혼란에 빠진 토니 스타크는 수트에 집착하며 수트 개발에만 몰두한다. 이를 가장 먼저 확인할 수 있는 것이 이번 영화에서 최초로 공개되는 토니 스타크의 수트 보관실(Hall of Armor)이다. Mark1부터 시작해 지금까지 개발된 수트들이 모두 전시된 이 방은 살짝 공개되는 장면만으로도 팬들의 감탄을 자아낼 것이다. 많은 수트가 등장하는 만큼 <아이언맨3>에서는 수트들의 면면도 관전 포인트가 될 전망이다. 하트 브레이커, 워머신, 패트리어트, 딥 스페이스 등 특별한 목적에 맞게 특수 개발된 여러 수트들은 각기 다른 상황에 맞추어 더욱 다양하고 스펙터클한 액션을 펼친다. 토니 스타크의 중추신경과 연결되어 혼연일체가 된 Mark42는 여러 조각으로 분리되어 그가 어디에 있든지 원하는 곳으로 날아오는 기능을 갖추고 있어 다른 수트들보다 훨씬 유연한 활용이 가능하다.

영화 후반 등장하는 이고르, 일명 헐크 버스터는 이름대로 ‘헐크’와 같은 엄청난 파괴력과 강력해진 파워로 짜릿한 액션쾌감을 선사할 것이다. 한편 정체성에 대한 혼란에 빠져있는 토니 스타크의 곁을 지키는 오랜 연인 페퍼 포츠와 토니 스타크의 관계는 이번 시리즈에서 더욱 견고해져 작품 전체를 아우르는 스토리의 한 축을 담당한다. 모든 것을 잃고 목숨이 위협받는 상황에서도 지켜주고 싶은 유일한 사람인 페퍼 포츠를 완벽하게 보호함으로써 한 여자와 오랫동안 관계를 유지하고 지켜나가는 유일한 슈퍼 히어로로서 로맨틱한 면모를 자랑, 여성 관객들의 마음을 다시 한번 사로잡을 예정이다. 또한 페퍼 포츠가 최초로 아이언맨 수트를 착용해 토니 스타크를 구하는 장면도 등장할 예정이어서 관객의 궁금증을 증폭시키고 있다.

이번 시리즈에서 무엇보다 강해진 것은 바로 최강의 악당들이 등장한다는 것이다. 말리부에 위치한 스타크 맨션을 공격하며 실체를 드러내는 최악의 테러리스트 만다린 뿐만 아니라, 익스트리미스를 개발하는 A.I.M(Advanced Idea Mechanics)의 수장 알드리치 킬리언과 그의 밑에서 일하는 과학자 마야 한센은 토니 스타크와 페퍼 포츠의 관계를 위협하며 토니 스타크를 더욱 곤경에 몰아넣는다. 강력해진 적들만큼 토니 스타크를 지지하는 새로운 최연소 조력자도 등장한다. 스타크 맨션이 공격당해 수천 km가 떨어진 시골에 추락한 토니 스타크가 만나는 소년인 할리가 바로 그 주인공이다. 할리는 기계작동원리에 대한 천재적인 재능과 <어벤져스> 사건에 대한 남다른 관심으로 토니 스타크의 트라우마를 건드리며 그의 재기를 돕는다.