Nove anos depois da desastrosa missão da Discovery, uma nova expedição composta por americanos e russos parte para recuperar a nave perdida e procurar no banco de dados do rebelde computador HAL 9000 algo que explique o que aconteceu… e onde está o comandante Bowman.

Contudo, uma expedição chinesa parte com o mesmo objetivo, pelo que a missão de resgate se converte numa corrida louca para obter a preciosa informação que pode ajudar a compreender o enigmático monólito.

Entretanto, o ser que outrora foi Dave Bowman, e que ainda conserva vestígios da sua natureza humana, é a única pessoa capaz de desvendar o mistério sobre o monólito que se dirige para Terra com uma missão vital.