Cốt truyện của Iron Man 2 xoay quanh cuộc chiến của Tony Stark để bảo vệ công nghệ của mình và đối mặt với những thách thức cá nhân. Bộ phim cũng giới thiệu nhân vật của Natasha Romanoff, còn được biết đến là Black Widow, người sẽ trở thành một phần quan trọng của MCU.