这部影片是斯坦利·库布里克花了四年时间制作的充满哲学命题的鸿篇巨作。一块大黑石矗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。同样的黑石还在宇宙多处出现，它们矗立在月球上，漂浮在太空中，带着某种神秘的寓意。现在的时间是2001年，为了寻找黑石的根源，人类开展了一项木星登陆计划。飞船上有冬眠的三名宇航员、船长波曼（科尔·杜利 饰）、飞行员富兰克（加里·洛克伍德 饰），还有一部叫“HAL9000”的高智能电脑。HAL9000在宇宙飞行过程中发生错乱，令富兰克和三名冬眠人员相继丧命，只剩下波曼和这台电脑作战。从死亡线上回来的波曼一气之下关掉电脑系统，HAL9000彻底失效。现在，茫茫宇宙中只剩下他一人向木星进发。穿越瑰异壮观的星门，波曼仿佛去到一个奇特的时空，那里有人类无尽的生死轮回和宇宙的终极知识……