Desde muy temprano en la producción, Kubrick decidió que quería que la película fuera una experiencia principalmente no verbal que no se basara en las técnicas tradicionales del cine narrativo y en la que la música jugaría un papel vital para evocar estados de ánimo particulares. Aproximadamente la mitad de la música de la película aparece antes de la primera línea de diálogo o después de la última línea. Casi no se escucha música durante las escenas con diálogo.
La película se destaca por su uso innovador de música clásica extraída de grabaciones comerciales existentes. La mayoría de los largometrajes, entonces y ahora, suelen ir acompañados de elaboradas partituras o canciones escritas especialmente para ellos por compositores profesionales. En las primeras etapas de producción, Kubrick había encargado una partitura para 2001 al compositor de Hollywood Alex North, quien había escrito la partitura para Spartacus y también había trabajado en Dr. Strangelove. Sin embargo, durante la postproducción, Kubrick decidió abandonar la música de North en favor de las ahora familiares piezas clásicas que había elegido anteriormente como "piezas guía" para la banda sonora. North no supo del abandono de la partitura hasta después de ver la proyección de estreno de la película.
2001 es particularmente recordado por el uso de piezas del vals más conocido de Johann Strauss II, El Danubio Azul, durante las secuencias extendidas de atraque de la estación espacial y aterrizaje lunar. Este es el resultado de la asociación que hizo Kubrick entre el movimiento giratorio de los satélites y los bailarines de valses. También hace uso de la apertura del poema tonal de Richard Strauss, Also sprach Zarathustra interpretado por la Filarmónica de Viena dirigida por Herbert von Karajan. El uso del Zaratustra de Strauss puede ser una referencia al tema del eventual reemplazo de la humanidad por superhombres (Übermensch) en la obra de Nietzsche, Así habló Zaratustra. El Adagio de Gayane de la suite de ballet Gayane de Aram Khachaturian se escucha durante las secciones que presentan a Bowman y Poole a bordo del Discovery, transmitiendo una cualidad algo solitaria y triste.
Además de las composiciones majestuosas pero bastante tradicionales de los dos Strauss y Khachaturian, Kubrick usó cuatro composiciones altamente modernistas de György Ligeti que emplean micropolifonía, el uso de acordes disonantes sostenidos que cambian lentamente. Esta técnica fue pionera en Atmosphères, la única pieza de Ligeti escuchada en su totalidad en la película. Ligeti admiraba la película de Kubrick pero, además de sentirse irritado por el hecho de que Kubrick no obtuviera el permiso directamente de él, le ofendía que su música se usara en una banda sonora de película compartida por los compositores Johann Strauss II y Richard Strauss. Otra música utilizada es Lux Aeterna de Ligeti, el segundo movimiento de su Requiem y una forma alterada electrónicamente de sus Aventures, la última de las cuales también se usó sin el permiso de Ligeti y no figura en los créditos de la película.
La versión de HAL de la popular canción "Daisy Bell" (conocida por HAL como "Daisy" en la película) se inspiró en un arreglo sintetizado por computadora de Max Mathews, que Arthur C. Clarke había escuchado en 1962 en los Laboratorios Bell Murray Hill, instalación cuando estaba, casualmente, visitando a su amigo y colega John R. Pierce. En ese momento, el físico John Larry Kelly Jr. estaba realizando una demostración de síntesis de voz, utilizando una computadora IBM 704 para sintetizar el habla. El sintetizador de la grabadora de voz de Kelly recreó la canción "Daisy Bell" ("Bicycle Built For Two"); Max Mathews proporcionó el acompañamiento musical. Arthur C. Clarke quedó tan impresionado que más tarde lo utilizó en el guión y la novela. pass: manchon1961
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