2001年、黒石板モノリスの謎を解明すべく調査の旅に出た宇宙船ディスカバリー号が消息を絶った。その9年後、ディスカバリー計画に関わったフロイド博士、そしてコンピューターHAL9000の開発者チャンドラー博士らが原因究明のために、ソ連の宇宙船レオノフ号に乗り込み木星へ向かう。一方、地球上は米ソ間の緊張が高まり、一触即発の状態に。はたしてフロイド博士は謎を解明できるのか？　映画史に燦然と輝く傑作SF映画「2001年宇宙の旅」の続編。