Según Shane Black, el director de la película, su fuente de inspiración para el guion ha sido el cómic "Extremis", en el cual Tony Stark desarrolla y utiliza el virus del mismo nombre, derivado el suero del Capitán América.
Es la quinta vez que Robert Downey Jr. ('Marvel Los Vengadores' y 'Perry Mason'), incluyendo los títulos de crédito de 'El increíble Hulk', aparece como intérprete de Tony Stark/Iron Man.
Una de las escenas de la película fue grabada junto la compañía Epic Games, la famosa franquicia que desarrolló el juego 'Gears of War'.
La película cuenta con grandes profesionales en el equipo de producción creativa. Entre ellos están el director de fotografía John Toll, que ha ganado en dos ocasiones el Oscar (por 'Braveheart' y 'Leyendas de pasión'); el diseñador de producción Bill Brzeski ('Resacón en Las Vegas'); los editores de Jeffrey Ford ('Marvel Los Vengadores'); Peter S. Elliot ('Los 4 Fantásticos y Silver Surfer'), y la diseñadora de vestuario Louise Frogley ('007 Quantum of Solace').
El director de 'El discurso del rey', Tom Hooper, estuvo barajando la posibilidad de rodar 'Iron Man 3', pero finalmente rechazó el proyecto para sumergirse en otro más acorde a sus gustos: la adaptación cinematográfica del musical 'Los Miserables'.
Walt Disney Pictures compró los derechos de distribución de Paramount Pictures por 115 millones de dólares. Este acuerdo también incluye la película de 'Marvel Los Vengadores'.
En un principio, Marvel Studios y Walt Disney Pictures iban a rodar esta película en Michigan debido a las ventajas fiscales, pero Carolina del Norte garantizaba un crédito fiscal de 20 millones de dólares y los productores decidieron rodar allí. Aparte de ser rodada en varias ciudades de este estado, la película también se ha filmado en lugares como Miami, Florida o China.
Algunas de las actrices en las que se pensó para que interpretaran algún personaje en la película son Gemma Arterton, Diane Kruger e Isla Fisher. Jessica Chastain fue seleccionada pero rechazó el papel debido a problemas de programación.
Para el papel del Dr. Aldrich Killian se pensó en Jude Law aunque finalmente se le otorgó al actor Guy Pearce.
Es la primera película de la saga que no dirige Jon Favreau, aunque sí que aparece en la película interpretando el papel de Happy Hogan.