Tras un prólogo donde el hombre mono, influido por la repentina presencia de un monolito negro, descubre que un hueso puede ser utilizado como arma, cuatro millones de años después, en el año 2001, una astronave guiada por la sofisticada computadora Hal 9000 parte con unos astronautas y científicos a la base lunar de Clavius para averiguar qué es un inmenso monolito negro que acaba de encontrarse.