国队长2：酷寒战士》剧本测试获得正面的回响后，罗素兄弟于2014年初确认将回归执导续集。2014年10月，片名公布，同月唐尼确认将加盟本片，其余演员在随后几月中均确认出演本片。影片的主要拍摄工作于2015年4月乔治亚州费耶特县的开展，其余拍摄工作分别在波多黎各、柏林与冰岛进行。本片使用数位IMAX摄影机拍摄，定于2016年5月6日以含3D、数位IMAX版在北美上映，而香港、澳门及台湾则于2016年4月27日以含3D、数位IMAX版上映。
剧情.1991年，遭受洗脑改造成为「酷寒