All'inizio dell'avventura umana un monolite misterioso atterrisce un gruppo di scimmie antropomorfe. Molto tempo dopo un secondo monolite, rinvenuto sulla Luna e che emette un segnale verso Giove, incuriosisce gli scienziati che organizzano una missione spaziale verso quel pianeta per svelare il mistero. Durante il viaggio il computer di bordo, Hall 9000, si ribella e decide di sterminare l'equipaggio. Uno degli astronauti riesce a disattivarlo ed a raggiungere Giove. Il sopravvissuto trova un terzo monolite che lo trasporterà oltre l'infinito, dove rinascerà nella forma di un essere superprogredito.