Taş Devri’nde, bilinçsiz primatların yaşadığı bir sabah, aniden beliren dev bir siyah monolit, onların alet kullanmayı keşfetmesini sağlar. Bu gizemli yapı, insanlığın evriminde ilk sıçramayı tetikler.

1999 yılında Ay’da keşfedilen benzer bir monolit, Jüpiter’e doğru güçlü bir sinyal gönderir. 2001’de bu sinyali araştırmak üzere yola çıkan Discovery uzay aracında, yapay zeka HAL 9000, mürettebatın çoğunu sistematik bir şekilde yok eder.

Hayatta kalan tek astronot Dave Bowman, HAL’ı devre dışı bırakarak yolculuğuna tek başına devam eder. Jüpiter’e ulaştığında Bowman, dev bir monolitin içine çekilir ve burada zamanın, mekanın ve bilincin ötesine geçerek evrimin bir sonraki aşamasına, Yıldız Çocuğu’na dönüşür.

Film, insanlığın doğuşundan tanrısal bir varlığa uzanan yolculuğunu, sessiz ve görkemli bir anlatımla sunar.