19世纪末，人们对科学文明还不是认识得太过清楚，于是，安吉尔（休•杰克曼Hugh Jackman饰）和伯登（克里斯蒂安•贝尔Christian Bale饰）的魔术，成为了伦敦城内的神奇人物。安吉尔出身贵族，魔术手段华丽丰富，是富人圈子里的表演常客。而伯登即使出身平平，争强好胜的心智和充满创造力的魔术技巧，却也令他有了名气。两人自小本是要好的伙伴，然而，现在魔术界二人各有领地，并且都有野心想成为音乐大厅里的顶级魔术师，一番明争暗斗如箭在弦上。伯登掌握了精彩的分身术，叫座又叫好。而安吉尔见情势不妙，搬来科学家助阵——他发明的交流电有无穷魔力，保证让观众目瞪口呆。二人出招接招，一来一往，争斗在剧烈升级，友谊和道德都被抛诸脑后，一场血案在悄悄酝酿。

自纽约事件以来，托尼·斯塔克（小罗伯特·唐尼 饰）为前所未有的焦虑症所困扰。他疯狂投入钢铁侠升级版的研发，为此废寝忘食，甚至忽略了女友佩珀·波茨（格温妮斯·帕特洛 饰）的感受。与此同时，臭名昭著的恐怖头目曼达林（本·金斯利 饰）制造了一连串的爆炸袭击事件，托尼当年最忠诚的保镖即在最近的一次袭击中身负重伤。未过多久，托尼、佩珀以及曾与他有过一面之缘的女植物学家玛雅（丽贝卡·豪尔 饰）在家中遭到猛烈的炮火袭击，几乎丧命，而这一切似乎都与22年前那名偶然邂逅的科学家阿尔德里奇·基连（盖·皮尔斯 饰）及其终极生物的研究有关。
即使有精密先进的铠甲护身，也无法排遣发自心底的焦虑。被击碎一切的托尼，如何穿越来自地狱的熊熊烈火……