Президент компании Marvel Studios Кевин Фейдж заявил о предстоящих съемках картины «Железный человек 3» уже после окончания проката второго фильма серии. Он был доволен успехом ленты («Железный человек 2» собрал более 600 млн долларов) и пообещал, что продолжение увидит свет в 2013 году. Режиссером картины стал Шейн Блэк, ранее работавший над серией боевиков «Смертельное оружие» (Lethal Weapon), драмой «Долгий поцелуй на ночь» (The Long Kiss Goodnight, 1996) и комедией «Поцелуй навылет» (Kiss Kiss Bang Bang, 2005).
Режиссером двух предыдущих фильмов о герое комиксов Тони Старке был Джон Фавро. Он также известен по научно-фантастическому вестерну «Ковбои против пришельцев» (Cowboys & Aliens, 2011) и приключенческой ленте «Затура: Космическое приключение» (Zathura: A Space Adventure, 2005). Однако, хотя Джон Фавро и отказался от режиссерского кресла на съемках «Железного человека 3» ради другой работы, он вновь появится на экране в роли Хэппи Хогана – бывшего боксера, а ныне друга и сотрудника Тони Старка.
Контракт с актером Робертом Дауни-мл., неизменным исполнителем роли Тони Старка в фильмах вселенной Marvel, был подписан сразу же. К съемочной группе также присоединились Гвинет Пэлтроу, Дон Чидл и Джон Фавро. Под вопросом участие в фильме «Железный человек 3» Кларка Крегга, исполнителя роли агента секретной организации Щ.И.Т. Фила Колсона. Его герой погибает в «Мстителях», еще одном проекте вселенной Marvel, вышедшем в 2012 году, но пока продюсеры не исключают появления Крегга в новой картине.
Подготовка к производству фильма «Железный человек 3» несколько застопорилась из-за конфликта со студией Paramount Pictures. Эта кинокомпания приобрела права на дистрибьюцию нескольких картин, но затем Marvel Entertainment была куплена компанией The Walt Disney Company, и все последующие проекты должны выходить под эгидой нового владельца.
В октябре 2010 года Walt Disney и Paramount Pictures уладили свои разногласия, и работа над «Железным человеком 3» началась. Тогда же Джон Фавро отказался от режиссерского кресла и его место занял Шейн Блэк. Сценаристом фильма «Железный человек 3» стал Дрю Пирс.
Роль Вирджинии «Пеппер» Поттс, сотрудницы и возлюбленной Тони Старка, вновь исполнила Гвинет Пэлтроу. Эта актриса является обладательница премий «Оскар» за лучшую женскую роль в фильме «Влюбленный Шекспир». Известно также, что одно из героев фильма «Железный человек 3» сыграл Гай Пирс, а главным злодеем стал британский актер Бен Кингсли. Другие роли в фильме исполнили Ребекка Холл, Джеймс Бэдж Дэйл, Эшли Хамилтон и Пол Беттани.
В фильме «Железный Человек 3» герой будет сражаться с настоящим противником, и этим противником будет злобный Мандарин. Он первоклассный и могучий ученый, который убивает людей голыми руками. А также ходят слухи, что Мандарин — потомок древнего рода и даже самого Чингисхана. Все это делает его опасным противником для Тони Старка. Ведь еще никому не удалось устоять перед мощью Мандарина. По некоторым данным, в сюжете «Железного человека 3» речь пойдёт о технологии наноботов (роботов, размером сопоставимых с молекулой, которые обладают функциями движения, обработки и передачи информации и другими качествами), которую Тони Старк (Роберт Дауни-мл.) пытается использовать в своём костюме. Однако неожиданно появившийся нановирус может всё испортить. Скорее всего, герой Бена Кингсли и будет заниматься распространением этого вируса.
Обнаружив, что всё его окружение пострадало от нового противника, Старк пытается найти виноватых. Каждое последующее решение Тони проверяет его на стойкость, и ему предстоит приложить весь свой талант и силу воли, чтобы спасти близких людей. Кроме того, ему предстоит найти ответ на самый главный вопрос: «Он делает костюм Железного Человека, или же костюм делает его?».