有一种显然来自地球之外的东西，引发并指导了人类从猿到“星童”的发展进化。在人类发展史的初期，有一块神秘的石板充当了灵长类动物完成飞跃式进化的催化剂，使他们从靠食腐和采集为生的动物，常展现了一粮石楼。
它向米里发送了令人震撼的信号，而发起的载人外星探险活动被飞船发现号上的心理受到困扰的电脑HAL所破坏，但幸存下来的宇航员鲍曼与木星轨道上的另一块石板建立了联系，从而使他飞速穿过一段“充满星星”的通路，穿越了时空，变老，死去，作为新的生命形重生。
以上便是本片的梗概，由于深不可测，本片享有持久的影响深远但依然独一无二、卓然不群、令人痴迷、自命不凡、富有争议、令人困惑、永远令人着迷，这些品质《2001》全都具备。导演斯坦利·库布里克此前曾宣称其意图是，根据其合作编剧阿瑟·克拉克那篇迷人的短篇小说《岗哨》拍出“举世公认的科幻电影佳作”，但本片显然与其意图相悖，因为这部电影对科幻片的常规提出了挑战，跟此前的任何科幻片都没有相似之处。
《2001》在视觉方面的出色毋庸置疑。荣获奥斯卡奖、突破性的视觉特效(由苛求的库布里克设计，由富有开拓精神的将想象和科学共冶一炉，令人眼花缭乱。在影片别具一格的四幕戏的第一幕里，注重细节的模拟表演和代表1960年代水平的形体修补化妆术，创造出了当时人类扮演的效果最佳的猿人(如今依然给人以深刻印象，尽管约翰·钱伯斯1968年的作品《人猿星球》无疑要更胜一筹)。
片中令人难忘的画面比比皆是：一名猿人挥舞着骨头扔到天上，变成了卫星，这一片段出人意料而绝妙;石板边缘的正上方壮丽的日月同辉;太空站和对接飞船在飞行轨道上的华尔兹舞;发现号的圆形船员居留舱(这一点在美国国家航空航天局的航天飞机计划中得以实现，不过规模要小得多)。
音响效果同样丰富，有着令人将影片铭记不忘的试验性合唱配乐、古典音乐主题曲(理查德·施特劳斯的《查拉图斯特拉如是说》、约翰·施特劳斯的《蓝色多瑙河》)和极为精简的对白(“打开分离舱门”)，涉及了广泛的致敬对象和文化内容。
本片可以看作一次不可思议的探险、布道或幻想，可以理解成嬉皮士在服用致幻剂之后幻想出来的终极旅程，但哪怕仅仅将它视为一场令人难忘的奇异光景，它也是无与伦比的，要想充分欣赏，需要在大屏幕上观看。
其种种缺陷——过于抽象，粗线条的叙事几乎没有把事情交代清楚，对人类的起源和宿命的思考有头无尾，因为这些而得到了远为丰富的补偿:引人入胜的人机作战、视觉效果的极致化与恬静，还有最重要的、对天地和广阔无垠的宇宙所作的狂热玄想。
