De hoofdcast van de eerste Iron Man-film bestond uit:
* Robert Downey Jr. als Tony Stark/Iron Man
* Gwyneth Paltrow als Pepper Potts
* Terence Howard als James "Rhodey" Rhodos
* Jeff Bruggen als Obadja Stane
* Shaun Toub als Yinsen
Hoewel Ralph Fiennes een bekende acteur is, maakte hij geen deel uit van de Iron Man-franchise.