Superman revient sur Terre et reprend sa place au sein du journal sous le pseudonyme de Clark Kent. Mais Lex Luthor, toujours décidé à anéantir l'Homme d'Acier, décide de créer son propre super-héros et décide de voler quelques cheveux de Superman présentés dans un musée. Il crée alors Nuclear Man (l'Homme Nucléaire), un homme fait d'une matière que Superman ne peut combattre. Nuclear Man permettra ainsi à Lex Luthor de réaliser en toute liberté ses plans les plus criminels.
C'est Wes Craven qui devait initialement diriger le film.

Richard Donner, qui avait été écarté de Superman 2, s'est vu proposer la direction mais a décliné l'offre.

Richard Lester, le réalisateur de Superman 2 et de Superman 3 aurait également refusé une proposition identique. On ne sait, en revanche, pas lequel des deux a été sollicité en premier lieu.

Le budget originel de 37M$ a été ramené à 17M$. Avec ce budget réduit, les effets spéciaux perdirent beaucoup de qualité, ce qui peut avoir eu de l'influence dans l'échec du film.

44 minutes du film ont été coupées au montage final. Ces scènes manquantes révélaient notamment la première tentative de créer Nuclear Man. Il est d'abord de teint blanchâtre, aux cheveux noirs et se comportant de manière naïve, ce qui le fait ressembler à Bizarro. Ce premier Nuclear Man rencontre Lacy Warfield en boîte de nuit, tombe amoureux d'elle mais se confrontant à Superman, est détruit. Lex Luthor réutilise ses restes pour créer un second Nuclear Man, celui qui est dans le montage final du film (et qui est toujours amoureux de Lacy, la reconnaissant dans un journal). L'édition spéciale du film sortie en dvd révèle quelques une de ces scènes coupées, navrantes dans leur ensemble !
Nuclear Man détruit un mur de la Grande Muraille de Chine et Superman le reconstruit en se servant de son regard-laser qui fait réapparaitre les briques ! Originellement dans le script, Superman devait reconstruire le mur manuellement avec vitesse, mais le budget n'a pas permis de réaliser cette prouesse à l'écran.
Les producteurs ont pensé pouvoir utiliser les quarante-quatre minutes de film coupées comme matériau de départ d'un probable Superman 5. Celui-ci devait s'intituler The New Superman et aurait pu être écrit et dirigé par Christopher Reeve, celui-ci abandonnant cependant l'interprétation du personnage qui l'avait popularisé. Mais l'échec financier du quatrième épisode fut fatal à toutes ces intentions. Il faudra attendre 2006 pour que le personnage soit à nouveau porté à l'écran dans Superman Returns de Bryan Singer.