Người Sắt 3 thu về tổng cộng 1.215.439.994 USD toàn cầu, trong đó, thị trường Bắc Mỹ đạt 409.013.994 USD (33,7%), thị trường nước ngoài đạt $806,426,000 (66,3%), đưa tác phẩm này trở thành phim có doanh thu cao thứ chín của điện ảnh thế giới, cao thứ nhì trong năm 2013, cao thứ ba của Marvel Cinematic Universe (sau The Avengers và Avengers: Age of Ultron), cao nhất trong series Người Sắt,[118] cao thứ tư trong số các phim phát hành bởi Walt Disney và là phần thứ ba cao nhất so với các phim có cùng 3 phần khác.[119] Nó giành được vị trí thứ sáu trong danh sách những phim có doanh thu tuần mở màn cao nhất với 372.544.585 USD (không tính đế lạm phát).[120] Trong khoảng thời gian từ 3 đến 5 tháng 5, phim lập kỉ lục khi thu về cho các rạp của IMAX trên 28,6 triệu USD.[121] Sau ngày thứ 23 ra rạp, Người Sắt 3 trở thành phim thứ 16 có tổng doanh thu trên 1 tỉ USD, đồng thời là tác phẩm thứ sáu của Disney, thứ hai của Marvel và đầu tiên của series Người Sắt đạt được điều này.[122]

Theo một thỏa thuận trước đó với Disney, Paramount Pictures nhận về 9% tổng doanh thu phát sinh của Người Sắt 3.[123]

Thị trường Bắc Mỹ

Tính riêng trong thị trường Bắc Mỹ, Người Sắt 3 có tổng doanh thu cao thứ 14 trong lịch sử điện ảnh Hoa Kỳ, thứ hai năm 2013 cũng như thứ tư trong số các tác phẩm siêu anh hùng được chuyển thể từ truyện tranh.[124][125] Kết thúc ngày công chiếu mở màn, phim thu về 68,9 triệu USD (gồm 15,6 triệu USD của buổi chiếu thứ Năm tuần trước đó),[107] xếp vị trí thứ 7 trong danh sách những phim có doanh thu ngày mở màn cao nhất.[126] Sau tuần đầu ra rạp, tổng số tiền vé đã nâng lên thành 174,1 triệu USD, giúp Người Sắt 3 trở thành tác phẩm điện ảnh có doanh thu tuần mở màn cao thứ hai mọi thời đại (sau The Avengers). Trong khi đó, các rạp IMAX cũng đã đem về cho phim con số 16,5 triệu USD ngay trong tuần đầu ra mắt.[127] Người Sắt 3 đứng đầu bảng xếp hạng doanh thu của thị trường Bắc Mỹ trong 2 tuần liên tiếp.[128]

Thị trường ngoài Bắc Mỹ

Người Sắt 3 là phim có doanh thu cao thứ sáu của điện ảnh thế giới, cao thứ nhì năm 2013 (sau Frozen), thứ hai trong số các tác phẩm kể về siêu anh hùng và là bản phát hành lớn thứ hai sau The Avengers của Walt Disney.[129] Nó đứng đầu bảng xếp hạng những phim có doanh thu phòng vé cao nhất trong 3 tuần liên tiếp.[130]

Trong tuần đầu ra rạp, Người Sắt 3 thu về 13,2 triệu USD trên 12 quốc gia tính từ thứ Tư, ngày 24 tháng 4 năm 2013.[131] Từ Chủ Nhật, ngày 28 tháng 4, trong 5 ngày ra rạp, nó thu về 198.4 triệu USD từ 42 quốc gia và 7,1 triệu USD từ các rạp của IMAX.[132]

Tại thời điểm trình chiếu, phim lập kỉ lục ngày công chiếu mở màn tại Philipines (sau đó bị Man of Steel vượt qua), Đài Loan,[131] Singapore, Việt Nam, Malaysia,[133] Trung Quốc,[134] Ukraina,[135] Nga và CIS.[136] Nó cũng đạt được vị trí thứ hai về doanh thu ngày đầu ra rạp tại Argentina (chỉ sau Harry Potter và Bảo bối Tử thần - Phần 2).[137]

Phim xác lập kỉ lục tuần mở màn tại khu vực Châu Á-Thái Bình Dương, Mỹ Latinh và từng quốc gia bao gồm Hong Kong, Indonesia, Việt Nam, Đài Loan, Philippines, Malaysia, Singapore,[132] Thái Lan, Nam Phi, Argentina (sau đó bị Fast & Furious 6 vượt qua),[138] Ecuador[139] và Các tiểu vương quốc Ả rập thống nhất.[135] Đồng thời, nó đạt doanh thu tuần đầu cao thứ hai tại Mexico,[140] Brazil,[141] Nga và CIS, Ấn Độ (sau The Amazing Spider-Man).[142]

Phim thiết lập kỉ lục về tổng doanh thu tại Indonesia, Malaysia[143][144] và Việt Nam[145], thứ hai tại Singapore và Philippines (sau The Avengers).[146]

Còn với hệ thống rạp IMAX, Người Sắt 3 cũng tạo ra kỉ lục tại Đài Loan, Hà Lan, Brazil và Philippines.[147]

Tại Trung Quốc, nơi một phần của phim được thực hiện, Người Sắt 3 lập kỉ lục đêm chiếu cao nhất với trên 2,1 triệu USD, cũng như ngày mở màn với 21,5 triệu USD. Sau tuần đầu ra rạp, nó thu về hơn 64,1 triệu USD, vượt qua Nga và CIS (23,1 triệu USD), Vương quốc Liên hiệp Anh và Bắc Ireland (21,1 triệu USD), Hàn Quốc (16,5 triệu USD) và Pháp (14,9 triệu USD) vươn lên dẫn đầu khu vực ngoài Bắc Mỹ. Với tổng doanh thu là 121.200.000 USD, Trung Quốc trở thành quốc gia thu về nhiều lợi nhuận nhất cho nhà sản xuất ở khu vực ngoài Bắc Mỹ, theo sau là Hàn Quốc (64,2 triệu USD), Vương quốc Liên hiệp Anh và Bắc Ireland (75,0 triệu USD), Mexico (48,5 triệu USD), Pháp (38,9 triệu USD)...