托尼·马斯特斯带领的团队没费太多力气就建起了一个具有说服力的未来环境。在太空穿梭机奶油白的背景里，到处是身着白色涤纶制服、头戴迷你高顶帽的女乘务员。空间站的主色调也是白色的，与鲜红色的扶手椅形成了鲜明的对比。这些场景都成为该片难以被人忘却的元素。然而，美工部门从来跟不上库布里克的步调，他们把大部分时间花在了聊天和喝茶上面，库布里克不得不安装了监视器监督他们的工作，直到他们拿出英国电影工会的规定要求拆除这些监视器，否则就将罢工。
与创造未来相比，重现史前时期称得上是一次挑战。库布里克原本想用猩猩扮演被巨石唤醒意识的猿猴，结果发现即使再训练有素的猩猩也无法做到将动物的骨头当作棍棒，完成一系列富于个性的动作。最终，除了两只刚出生不久的猩猩外，其他的猿猴都是由人扮演的，这些演员经过了严格挑选，不仅身材瘦长，而且要有两只细胳膊。他们戴的猿猴面具是根据每个人面部肌肉的活动特点特别定做的，这样才不至于在眨眼和张嘴时露出一丝破绽。
只有猿猴的头领砸烂貘的残骸并将手中的骨头扔向天空的镜头是在摄影棚外拍摄。库布里克选择了波尔哈姆伍德片厂后院的一片空地，在上面搭起了高台，以避开附近街道上穿梭而过的红色双层公共汽车。拍摄完毕后，库布里克回到摄影棚，他反复往空中扔骨头以检验效果。不久，他想出了这部电影里最著名的一个跳切镜头——300万年前猿猴头领手中的武器在瞬间化作了2001年在宇宙中飘浮的太空飞船。
拍摄期间，库布里克讨厌旅行的怪癖升级为拒绝在离家10英里之外的地方工作，他想在英国本土范围内寻找到所有的外景。托尼·马斯特斯最初试图在谢普佩顿的摄影棚里重建史前时期的非洲，但某天早晨库布里克来视察美工部门的工作时，他不敢肯定眼前看到的就是他想要的东西。“我不信这么大的英国就找不到一处沙漠，”他抱怨说。
负责倒茶送水的安德鲁·比尔金觉得这是一个在剧组中提升地位的良机。愣头青的他自告奋勇说知道哪里能找到这样的外景。库布里克很高兴有一个给他的团队颜色看看的机会，于是让比尔金第二天就去找。
出了门，比尔金就傻了，他向朋友约翰·阿尔考特承认自己是一时冲动，他根本想不出英国怎么会有沙漠。不过，在翻阅中学地理课本时，他发现了一张在利物浦郊外拍摄的沙丘照片。在跟阿尔考特学会了怎样写外景报告之后，他带着库布里克交给他的宝丽来相机，乘火车先到利物浦，然后打车抵达目的地。从车上下来时正直夕阳西下，他找到一个可以避开核电站和民宅的角度，拍下了一张大全景照片。回到旅馆，他匆匆写了一份报告，将照片贴在上面，然后搭上了一列运牛奶的火车回到伦敦。抵达波尔哈姆伍德时已是次日清晨，他说服保安让他进入库布里克设在53号楼的制作间，将报告摆在库布里克的办公桌上。紧接着，他又坐火车返回利物浦，到旅馆时正赶上电话铃响，打电话的是流程制片人维克多·林登。
“我不知道你究竟干了什么，”林登说，“斯坦利只是让我给你加薪。你现在的薪水是多少？”
“每星期8英镑，”比尔金说。
“从今天起，你开始拿30英镑。我们还将为你申请进电影工会。”
第二天，库布里克召集美工部门开会，向大家出示了比尔金的报告。“你们这些人花了8个月和5万英镑也没能造出一个像样的沙漠，而这个茶水小子用了24小时就做到了，代价只有8英镑。”
从此，比尔金平步青云，他被库布里克委以重任，在英国寻找其他可能存在的沙漠外景。“那段日子里我根本没有私人生活，”比尔金回忆说，“每天要工作到凌晨2点，但我的确学到了很多东西。”
尽管如此，“人类的黎明”这一段落的技术问题仍然无法解决。英国境内找不到一处能真正匹配的沙漠，而被认为可以充当背景的是德属西非（现为纳米比亚）的纳米布沙漠。但是，要想把庞大沉重的摄影设备远到那里，简直是一件比登天还难的事情。于是，库布里克决定派比尔金飞往非洲，拍下一些沙漠的35毫米照片，然后借用美国和法国军队在二次大战中使用过的“西纳尔”光学系统，将这些照片变换成影片的布景，让演员在布景前演出。
这下比尔金遇到了真正的挑战，他不仅要冒着酷暑在荒无人烟的沙漠里寻找库布里克所要的具有“画面感”的外景，还要不断听从库布里克从英国发来的指令。当库布里克希望背景里应该有一些200年历史的古树时，比尔金不得不借月黑风高之际躺在运货卡车里潜入森林公园，冒着被巡警发现的危险，将砍下的古树偷偷运到库布里克选中的外景。“如果你搞不到他想要的树，”比尔金回忆那段经历时说，“斯坦利就会找别人来干，他的词典里找不到‘不’这个字眼。”
《2001年太空漫游》的主布景成为电影史上最令人钦佩也被人谈论最多的杰作之一。作为太空飞船的“发现号”是一个巨大的鼓状物，内景高12米，宽2米，由飞机制造商维克斯一阿姆斯特朗设计制作，每小时转速能达到5公里。尽管造价高达75万美元，但这堂布景在电影中的使用率并不高，库布里克在这里拍下了他一生中最得意的镜头：弗兰克·波尔一边沿着飞船内部绕圈，一边练习拳击。
在表现未来的每一个镜头里，库布里克都要求构图十分讲究，并使用无影照明，摄影师称之为“白色背景下的高调”。在这一点上，库布里克显然受到了意大利导演米开朗琪罗·安东尼奥尼静穆构图的影响，他希望一切看上去都像是结冰了一样：在整齐划一的布景中，柔声细语的人们在一片洁白中缓缓移动，这是远离喧嚣世界的宁静与安详。
获得这种效果是需要付出代价的。为了照亮每一处阴影，摄影师必须让大量的光投入布景。即使这样，库布里克仍不满意，他经常推翻摄影部门提出的方案，要求有自得刺眼的照明效果。吉尔·泰勒被请来补拍一些镜头，在感到安装在木头和塑料结构中5000瓦的灯泡会带来意想不到的危险时，他警告库布里克说：“你想干什么？难道要放一把大火吗？”
库布里克回答说：“听着，我考虑的不仅仅是照明。我还在考虑我的观众。”
泰勒的担心绝非杞人忧天。《2001年太空漫游》虽然逃过一劫，但当库布里克后来用同样的方法拍摄《闪灵》时，一场大火在4分钟内将布景烧得一干二净。
《2001年太空漫游》最令人匪夷所思的做法就是摈弃了数字化特技。库布里克没有采用在蓝幕前拍摄模型然后与背景合成的方法，而是坚持回归到无声电影时代就有的逐格拍摄技法。技术人员必须精确地规划出每个镜头中出现的元素，通过多次曝光的方式将各个元素合成在同一个画面里。演员则必须严格按照事先用粉笔画好的区域站位。库布里克雇用了10多名学生在数千张幕布上画出太空飞船的轮廓。而为了获得太空的景深，摄影机镜头的光圈被锁定在f22，每格的曝光时间为4—7秒之间。
该片85％的特技是由沃利·维弗斯一手包办的。在没有电脑和数字特技人员的情况下，维弗斯采用的是一毫米一毫米移动摄影机的老办法拍摄。他在接受采访时说：“模型必须绝对平稳地移动。在银幕上看，空间站的模型移动了9英尺，实际拍摄时，每分钟它只能移动1英寸的3／8，这样才会有平稳滑行的效果。‘发现号’的模型也一样，它的54英尺长的身躯在轨道上移动150英尺，拍摄这个过程需要4个半小时，每次拍摄都需要它以同样的速度移动。”
拍摄临近结束时，库布里克接到米高梅打来的电话。因为担心延期和超支，罗伯特·奥布里恩和几位公司高层正前往伦敦考察进度。
库布里克将比尔金叫到办公室。“我们需要进度表，”他说，“替我把它们造出来。”“什么的进度表？”“不管什么。将它们贴得满墙都是。内容是什么不重要，只要它们看上去很重要。”
比尔金开始带人忙活起来。库布里克和维克多·林登则带客人们在镇上唯一的餐馆吃午饭，10分钟后比尔金的电话打了进来。接下来，奥布里恩看到库布里克果然在按原定计划有条不紊地在推进，他问库布里克其中一些图表代表什么。幸好比尔金太了解库布里克了，他找来的东西足以让米高梅的大佬相信这部电影正处于绝对安全的状态之下。
这时，《2001年太空漫游》剧组已到了哗变的边缘。每个人都认为库布里克是位天才，这部电影也将成为巨作，但他们中的半数却迫不及待地要逃之天天。不停的返工和夜以继日的繁重劳动已经使他们难以承受。剧组里的许多人用羡慕的眼光看着另两部同时在波尔哈姆伍德片厂拍摄的电影，一部是罗曼·波兰斯基的《捉妖天师》，另一部是罗伯特·阿尔德里奇的《肮脏的一打》。“那才是真正的电影，”他们相互转告，“而这部不是……”当托尼·马斯特斯的合同到期时，他甩下手头的工作去了刘易斯·吉尔伯特的《冒险家》剧组，库布里克试图留住他，说他还没有设计完所有需要的场景，例如克拉维尤斯基地的降落场。马斯特斯抄起库布里克办公桌上的粉笔，用一秒钟的时间在黑板上画了一个降落场的草图，然后头也不回地走出房间。许多人也随着他离开了。
在勾勒《2001年太空漫游》蓝图之初，音乐就一直是库布里克首要考虑的问题。为米高梅放映部分样片时，他选择的伴奏带是门德尔松和沃恩·威廉斯的音乐。创作剧本时为激发灵感，他和克拉克听的是德国作曲家卡尔·奥尔夫集13世纪世俗歌曲大成的歌剧《布兰诗歌》。他们甚至考虑过请曾创作过幻想歌剧《月亮》的奥尔夫为该片配乐，但后者72岁的高龄肯定无法胜任这一繁重的工作。为弗雷德·齐纳曼的《夕阳西下》作曲而成名的弗兰克·考德尔一度被招致门下，结果电影里只用了他录制的马勒“第三交响乐”的一些片段。
库布里克决定在《2001年太空漫游》里使用之前已经录好的唱片，而不是请人另行谱曲。他称自己脑海中一直有这部电影完整的音乐结构，但他不想让人把这些音乐谱出来，而是去寻找与自己的构想一致的唱片。
除了马勒的“第三交响乐”，他原本想在弗洛伊德乘坐穿梭机前往空间站的段落里使用门德尔松的“仲夏夜之梦”，这时，克里斯蒂安坚持让他听听赫伯特-冯·卡拉扬新近指挥柏林管乐团演奏的约翰·施特劳斯的“蓝色多瑙河”圆舞曲。她把唱片带进了剪辑机房，当时比尔金也在场，他回忆说：“我们已经连续几小时看太空的段落，因为实在乏味，一位年长的剪辑师已经昏昏入睡，发出阵阵鼾声。这时，克里斯蒂安走了进来，放起了这首‘蓝色多瑙河’。不一会儿，鼾声消失了，所有的人听完后都兴奋地说，‘太棒了，斯坦利！’过了几分钟后，斯坦利才说，‘在电影里使用这首曲子究竟是疯狂的行为还是天才的举动？’”
当时，BB~：正在播映一部时代一生活的一次大战系列片，主题曲用的是理查德·施特劳斯的“查拉图斯特拉如是说”，库布里克当即决定把它用作《2001年太空漫游》的开场曲。在现当代作曲家中，他选择的是匈牙利人格里高利·利格蒂的“大气层”，认为这种无词合唱的方式更能凸现黑曜巨石的神秘感。
然而，在最后一次为奥布里恩和米高梅高层作试映时，库布里克的这种用唱片为电影配乐的方法遭到了拒绝，理由是每部超宽银幕电影的问世都是一件大事，米高梅在《2001年太空漫游》上已经花了大钱，决不能在请不请一位著名作曲家的问题上偷斤少两，最终他们决定邀请亚历克斯·诺思为该片配乐，诺思曾为《埃及艳后》和库布里克的《斯巴达克思》写过音乐，他的资历会给《2001年太空漫游》增添一份竞争的砝码。
诺思当时住在克拉克创作剧本时住过的纽约切尔西饭店，他刚刚完成了《谁害怕弗吉尼亚·沃尔夫？》的配乐。1967年12月，他飞到伦敦。库布里克给他看了已经配上音乐的粗剪样片，希望能保留下一些配乐，诺思拒绝了。“我想我能写出库布里克想要的任何音乐，”他说，“而且会给电影更永恒、更时尚的感觉。”
诺思花了两周时间赶写出了40分钟的配乐，他的乐队指挥亨利·布朗特常常在墨水未干的情况下就把乐谱带进了排练室。短时间的超负荷劳动毁坏了诺思的健康，他患了肩周炎，背部也出了问题。库布里克似乎很满意他的音乐，甚至还建议作一些小小的改动。诺思连等了ll天没等到库布里克的任何消息，直到1968年2月初，库布里克才说他在电影剩下的部分里只会用一些音响效果，但还是希望诺思能把他写的配乐录制下来。精疲力竭的诺思不得不被救护车拉进录音棚，在确保每一个音符都灌进了录音带之后，他返回了好莱坞，心想他在极其困难的情况下漂亮地完成了一次任务。
1968年3月，米高梅开始在华盛顿、纽约和洛杉矶试映《2001年太空漫游》。库布里克带着家人乘船前往美国，他随身携带了一台斯登贝克剪辑机，这样就能在旅行中继续剪片。抵达长岛后，库布里克便把家人甩在一边。他出席了每一场试映，并不时在过道中穿行，留心观众的反应。罗伯特·奥布里恩出席了在华盛顿的试映，他愁容满面，因为传言说他即将被米高梅解除总裁的职务。也就在当晚，现任美国总统林登·约翰逊宣布不竞选连任，于是米高梅公司内部有人开玩笑地说“今晚我们失去了两位领袖”。
4月1日，该片在纽约首映。米高梅公司将首映式搞成了科学界与娱乐界名人的联欢会，亚历克斯·诺思也在受邀请之列，他吃惊地发现库布里克将他的配乐完全扔到一边，留下的都是他以前采用的古典乐，更令他无法接受的是，这件事他从头至尾被蒙在鼓里。他不知道这是库布里克精心策划的阴谋，《光荣之路》的教训已经教会他尽可能地把投资人和合作方放在懵忪无知的状态，他可不想为了配乐的事跟米高梅公司扯皮，而诺思恰好成了他对付米高梅的一张牌。
出席试映的来宾大都在35岁至60岁之间。“我还从来没见过观众如此烦躁不安，”库布里克说，“影片尚未结束时，已经有人开始离席。我怎么也忘不了这样一个场面：银幕上的星际婴儿睁着一双大眼，眼巴巴地望着这些向出口走去的人的背影。”这是他一生中最大的一次赌博，也可能成为他一生中最大的一次失败。