A l'aube des temps, une tribu de primates subit les assauts d'une bande rivale. L'apparition d'un monolithe noir donne au chef la force d'accomplir un geste jusqu'ici inédit : se servir d'un os comme d'une arme pour massacrer ses adversaires.
Quelques millions d'années plus tard, sur l'orbite lunaire, le Dr. Heywood Floyd enquête secrètement sur la découverte d'un monolithe noir qui émet d'étranges signaux vers Jupiter.