Dans ce deuxième opus de la saga Iron Man, Tony Stark est désormais reconnu comme étant l'homme de fer. Attisant les convoitises, il refuse de donner sa technologie au gouvernement pour éviter qu'elle ne tombe entre de mauvaises mains. Mais c'était sans compter sur son nouvel ennemi Ivan Vanko, alias Mickey Rourke.
Pour préparer son rôle minutieusement, l'acteur Mickey Rourke s'est rendu dans une prison russe pour observer les détenus et se mettre dans l'ambiance de l'histoire, son personnage Ivan Vanko ayant passé de nombreuses années enfermé. Par ailleurs, il a dû apprendre à parler anglais avec l'accent russe, une tâche plutôt difficile comme il l'expliquait au moment de la sortie du film : " C'était dur parce que le langage russe se prononce difficilement à partir de la langue anglaise. J'ai passé 3 heures par jour avec un professeur et après 2 semaines je ne connaissais que 4 phrases ! "
Aujourd'hui Scarlett Johansson incarne à la perfection le rôle de l'espionne russe Natasha Romanoff, alias la Veuve noire. Dans Iron Man 2 elle fait son apparition en tant que nouvelle assistante de Tony Stark. Pourtant le personnage ne lui était pas destiné à l'origine. Le réalisateur Jon Favreau voulait en réalité l'actrice Emily Blunt pour ce rôle, mais celle-ci était prise sur un autre tournage. Scarlett Johansson a alors tout fait pour être choisie en se teignant les cheveux en roux. Par la suite, l'actrice a dû se plier à un entraînement physique de six semaines avant de commencer le tournage.
Plusieurs scènes du film ont été tournées dans la cité monégasque, notamment celle où Ivan Vanko fait sa première apparition en tentant de tuer Tony Stark en pleine course automobile. Plusieurs plans séquences ont par ailleurs été pris pendant le Grand prix de Monaco de 2009.
Fait rare dans le milieu du cinéma, le réalisateur Jon Favreau a régulièrement publié des photos et des commentaires sur le déroulement du tournage du film, pour le plus grand bonheur des fans de la saga. Mais l'initiative n'a pas du tout plu aux producteurs qui l'ont recadré en lui expliquant qu'il n'avait pas l'autorisation de diffuser la moindre image du tournage.
Les fans ont bien sûr remarqué que l'interprète de Jim Rhodes, ou War Machine, n'était pas le même que dans le premier opus. En effet, l'acteur Don Cheadle a remplacé Terrence Howard entre les deux films. Officiellement, Terrence Howard a expliqué avoir refusé de continuer car son cachet avait été revu à la baisse.