“发现号”最初的目的地是木星，但美工师无法造出围绕木星的光环，于是木星变成了朱庇特星。太空飞船的外部构造也成了问题。按照常识，核动力装置与宇航员的生活空间应该离得越远越好，但这样设计又没有了飞船应有的外观效果。
库布里克坚持一切要以科学为根据，最终美工师造出了一个看起来像火柴棍一样的“发现号”模型。模型的外部是用木材和聚苯板雕凿出来的，内部的构件则全部采用了“二战”时期德国战机使用过的塑料板材。
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。