Zamiana złoczyńcy z Mandaryna na została dokonana po obsadzeniu Jeffa Bridgesa w tej roli, który w początkowych założeniach miał być antagonistą w sequelu.
Casting We wrześniu 2006 roku poinformowano, że Robert Downey Jr. zagra tytułowego bohatera. Przed napisaniem scenariusza Jon Favreau zaproponował rolę Samowi Rockwellowi, ale ostatecznie się z tej propozycji wycofał. Rockwell później otrzymał angaż do filmu Iron Man 2 jako Justin Hammer. W następnym miesiącu Terrence Howard dołączył do obsady jako James Rhodes. Studio rozważało do tej roli również Dona Cheadle’a, który ostatecznie zastąpił Howarda w kolejnych produkcjach franczyzy. W styczniu 2007 roku poinformowano, że Gwyneth Paltrow zagra Pepper Potts, a w lutym ujawniono, że do obsady dołączyli Jeff Bridges i .