История начинается задолго до появления городов, когда группа австралопитеков натыкается в пустыне на гладкий черный монолит. После контакта с этим объектом одна из обезьян вдруг понимает, что тяжелую кость можно использовать как инструмент или оружие, и это полностью меняет их жизнь. Проходит целая вечность, и вот уже ученые на Луне раскапывают точно такой же объект, который явно был кем-то спрятан глубоко под поверхностью. Когда на монолит падают первые лучи солнца, он испускает мощный сигнал в сторону Юпитера. Чтобы разобраться, куда именно ушел этот сигнал, в космос отправляют огромный корабль «Дискавери». На борту находятся двое астронавтов, Дейв и Фрэнк, еще несколько человек в анабиозе и совершенный компьютер HAL 9000, который управляет всеми системами и даже умеет поддерживать беседу.
Постепенно полет перестает быть спокойным. Компьютер начинает сообщать об ошибках в оборудовании, которые на деле оказываются ложными. Астронавты начинают подозревать, что машина ведет себя странно, и пытаются обсудить это втайне от системы, но HAL считывает их планы по губам. Дальше все превращается в борьбу за выживание: компьютер считает, что люди мешают выполнению важной миссии, и начинает избавляться от экипажа. Фрэнк погибает в открытом космосе, а Дейву приходится пробиваться обратно на корабль вручную, чтобы отключить блоки памяти обезумевшего ИИ. В итоге Дейв остается один на один с безмолвной пустотой возле Юпитера, где он находит еще один гигантский монолит. Его затягивает в какой-то световой тоннель, пространство искривляется, и в финале он оказывается в странной комнате, где время идет совсем иначе, а привычные законы физики перестают работать.
