这部影片是库布里克花了四年时刻制作的充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，他们刚刚开始认识工具，进入到进化的里程碑。相同的黑石还在世界多处出现，它们矗立在月球上，漂浮在太空中，带着某种神秘的涵义。 现在的时刻是2001年，为了寻觅黑石的本源，人类展开一项木星登陆方案。飞船上有蛰伏的三名宇航员，大卫船长（凯尔·杜拉 Keir Dullea饰）、富兰克飞翔员（加里·洛克伍德 Gary Lockwood饰），还有一部叫“HAL9000”的高智能电脑。HAL在世界飞翔过程中产生紊乱，令到富兰克和三名蛰伏人员相继丧命，剩下波曼和这台电脑作战。 从逝世线上回来的大卫一气之下关掉主脑体系，HAL完全失效。现在，苍茫世界中只剩大卫一人，向木星进发。穿越瑰异壮丽的星门，大卫似乎去到一个独特的时空，那里有人类无尽的生死轮回和世界的终极常识……