TONY STARK/IRON MAN [Robert Downey Jr.]
Tony Stark to ekscentryczny geniusz, miliarder i filantrop, który zakładając zbroję własnego pomysłu staje się superbohaterem - Iron Manem. Po heroicznej akcji ratowania Nowego Jorku, która niemal skończyła się dla niego tragicznie, Tony cierpi na bezsenność, dręczą go niepokój i lęk. Kiedy jego świat ulega destrukcji, a jego najbliższym zagraża niebezpieczeństwo, bohater musi znaleźć sposób, aby ich ocalić, a przy okazji odnajduje swoje prawdziwe ja.
PEPPER POTTS [Gwyneth Paltrow]
Pepper Potts awansowała z asystentki Tony'ego Starka na stanowisko szefowej Stark Industries, przy okazji zakochując się w nim z wzajemnością. Inteligentna, lojalna i uczciwa Pepper rozumie swojego szefa i partnera jak nikt inny na świecie, co niekiedy bywa źródłem wielu zmartwień i niebezpieczeństw.
PŁK JAMES RHODES (RHODEY) [Don Cheadle]
Rhodey pełni rolę pośrednika pomiędzy Stark Industries, a dowództwem Lotnictwa USA. Jest jednym z niewielu zaufanych przyjaciół Tony'ego Starka i, przeważnie, ma wystarczająco dużo cierpliwości, by znosić kaprysy impulsywnego geniusza. Pułkownik zostaje wyposażony w nową zbroję. Przywdziawszy ją, przeistacza się w superbohatera Iron Patriot.
MANDARYN [Ben Kingsley]
Mandaryn jest złowrogim szefem terrorystycznej organizacji The Ten Rings, która odpowiada za wszystkie największe akcje terrorystyczne na świecie. Choć z natury jest samotnikiem, posiada olbrzymią władzę, a swoją obecność ujawnia atakami wzbudzającymi panikę tak w kręgach władzy, jak i wśród zwykłych obywateli.
ALDRICH KILLIAN [Guy Pearce]
Aldrich Killian to twórca i fundator organizacji AIM, której zadaniem jest prowadzenie badań nad wirusem Extremis odpowiedzialnym za przemianę ludzi w istoty o niesamowitej sile i wytrzymałości.
DR MAYA HANSEN [Rebecca Hall]
Piękna doktor Hansen jest genialną botaniczką, której prace przyczyniły się do stworzenia biologicznego procesu nazwanego Extremis. Jej odkrycie ma moc modyfikacji ludzkiego ciała, ale niewłaściwie zastosowane może być niezwykle niebezpieczne.
HAPPY HOGAN [Jon Favreau]
Happy to zaufany ochroniarz i szofer odpowiedzialny za bezpieczeństwo Pepper Potts. Jest raczej przyjacielem Tony'ego, niż jego pracownikiem. Często ratuje mu skórę, nawet kiedy ekscentryczny miliarder uważa, że jest to pomoc niepotrzebna. Oddany i lojalny, Happy Hogan zrobi wszystko, by chronić Pepper i Tony'ego.
