这部影片是库布里克花了四年时候建造的布满哲学命题的鸿篇巨制。一块大黑石树立在史前人类的面前，他们方才起头认识对象，进入到进化的里程碑。一样的黑石还在宇宙多处出现，它们耸立在月球上，漂浮在太空中，带着某种神秘的寄意。
如今的时候是2001年，为了寻觅黑石的根源，人类开展一项木星登岸计划。飞船上有蛰伏的三名宇航员，大卫船长（凯尔·杜拉 Keir Dullea饰）、富兰克飞行员（加里·洛克伍德 Gary Lockwood饰），还有一部叫“HAL9000”的高智能电脑。HAL在宇宙飞行过程当中产生错乱，令到富兰克和三名蛰伏职员接踵丧命，剩下波曼和这台电脑作战。
从死亡线上回来的大卫一气之下关掉主脑系统，HAL彻底失效。如今，茫茫宇宙中只剩大卫一人，向木星进发。穿越瑰异壮观的星门，大卫恍如去到一个奇异的时空，那里有人类无尽的死活轮回和宇宙的终极常识……
