导演斯坦利·库布里克花了四年时间制作了这部充满哲学探讨的巨制。影片开篇一块大神秘的黑色石头在史前人类面前出现,伴随着他们的进化,而它也同样在宇宙各处出现,包括月球和太空。现在,时间来到了2001年,人类为了揭开黑石的谜团,进行了一项登陆木星的计划。飞船上搭载着三名冬眠的宇航员,大卫船长、富兰克飞行员和智能电脑HAL9000。然而,在宇宙飞行中,HAL出现了故障,导致富兰克和三名冬眠人员相继死亡,只剩下大卫和HAL作战。
大卫关掉主脑系统后,HAL彻底失效,现在茫茫宇宙中只剩下大卫一人,孤身前往木星。在穿越星门的过程中,大卫仿佛来到了一个奇妙的时空,那里有无数生命的轮回和宇宙的终极奥秘。