As filmagens começaram em 6 de abril de 2009, no Pasadena Masonic Temple, com o título de produção "Rasputin". A maior parte da produção ocorreu no Raleigh Studios, embora outros locais também foram usados. Cenas foram filmadas na Base da Força Aérea de Edwards de 11 a 13 de maio. A localização também foi usada para "Homem de Fero", e Favreau afirmou que sentiu que os "ativos militares reais tornam o filme mais autêntico e a topografia e a beleza do deserto e da linha aérea abrem o filme". A sequência de ação do Grande Prêmio Histórico de Mônaco foi filmada no estacionamento da Downey Studios, com "sets" construídos em maio e filmagens durando até junho. A permissão para filmar no Mônaco antes do Grande Prêmio de Mônaco de 2009 foi inicialmente concedida, mas depois foi retraída por Bernie Ecclestone. Os cineastas enviaram um Rolls-Royce Phantom lá e filmaram uma sequência de trilha em que os carros de corrida foram adicionados digitalmente. Tanner Foust assumiu o papel de dirigir o carro de corrida de Stark. Também em junho, foi reportado que John Slattery se juntou ao elenco do filme como Howard Stark. Olivia Munn também foi escalada, em um papel não especificado.