Durante a Pré-História, um misterioso monólito negro surgiu sem explicação em nosso planeta. Quatro milhões de anos depois, no século 21, uma equipe de astronautas liderada pelo experiente David Bowman (Keir Dullea) e Frank Poole (Gary Lockwood) parte em uma missão rumo a Júpiter. Eles estão a bordo da nave Discovery One, que é totalmente controlada pelo supercomputador HAL 9000. Entretanto, no meio da viagem, HAL começa a apresentar um comportamento estranho.
