自纽约事件以来，托尼·斯塔克（小罗伯特·唐尼 Robert Downey Jr. 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 Gwyneth Paltrow 饰）的感受。与此同时，臭名昭著的恐怖头目曼达林（本·金斯利 Ben Kingsley 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 Rebecca Hall 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 Guy Pearce 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……

亚美莉亚（玛格丽特·库里 Margaret Qualley 饰）雇佣了打手杰克逊（罗素·克劳 Russell Crowe 饰），委托他帮助自己摆脱正在监视自己的私家侦探霍兰德（瑞恩·高斯林 Ryan Gosling 饰），哪知道在完成任务的过程中，杰克逊发现，一个远比霍兰德危险得多的人亦在监视着亚美莉亚的一举一动，更糟糕的是，亚美莉亚随后失踪了，无奈之下，杰克逊只得再度找到霍兰德，要求他寻找亚美莉亚的下落。 　　之后，霍兰德的女儿霍莉（安格瑞·赖斯 Angourie Rice 饰）也加入了行动当中，随着调查的深入，越来越多的线索被联系到了一起，越来越多的角色被卷入这个巨大的阴谋之中。

在哈里（小罗伯特·唐尼 Robert Downey Jr.饰）的旁白中，这个带着黑色幽默的故事开始了。他本来是一个衰运连连的惯偷，因为一次躲避警察追捕的缘故，闯入了好莱坞电影的选秀片场。可谓歪打正着，导演竟然一下子就看上了哈里，让他前往洛杉矶接受角色培训。 　　哈里就这样莫名其妙地成为了“准演员”，他将会出演一名神探。剧组专门安排哈里到真正的侦探佩里（瓦尔·基尔默 Val Kilmer饰）身边，体验真实的侦探生活。一桩命案等待着他们的调查，而死者是一名女士。这种惊险的生活真让哈里受尽了苦头，因为冷酷的佩里可不是一个容易应付的搭档。 　　而同时，哈里在派对上重遇了年少时的梦中情人哈莫妮（米歇尔·莫娜汉 Michelle Monaghan饰）。她已经在好莱坞摸爬滚打一番，仍然名声未扬，如今她的妹妹更是神秘自杀。为了赢得美人心，哈里开始调查这件事情，这时才慢慢发现，这和他们之前接手的命案竟然相关，而且背后还隐藏着一个不为人知的巨大秘密。