日本においては1968年4月11日に公開されている(～9月18日まで)。更に、年末の各紙誌の高評価を受け、翌春(1969年3月1日～4月4日)、「凱旋興行」と銘打ってテアトル東京で再上映された。その後、初公開から10年後の1978年に再びロードショー上映され、折からのSFブームをフォローアップする形となった。作品の設定年である2001年にも「新世紀特別版」としてノーカット版で公開されている。このヴァージョンでは、本来35mmフィルムでアナモフィック・レンズを使用して再現されるスコープサイズのアスペクト比の1:2.35とせず、35㎜フィルムの上映で70mmのオリジナルと同一のアスペクト比1:2.20を再現している。2018年10月,6～7,11～14日に国立映画アーカイブで70mmニュープリントフィルムでの同作の特別上映が行われた。10月19日から二週間限定で70mmフィルムからリマスタされた物がIMAXデジタル・シアター・システムを備えた映画館で公開された。【参照】『2001年宇宙の旅』の日本での上映実績のまとめhttp://kubrick.blog.jp/archives/52256322.html
当初予定の1966年から1年4か月遅れ、アポロ11号が月面着陸を果たす前年の1968年に公開された。ワールドプレミアは1968年4月2日にワシントンD.C.のアップタウン劇場で行われた。アメリカでの一般公開日は1968年4月6日、イギリスでの公開は1968年5月15日だった。度々再公開されており、2014年11月イギリスでの再公開にあたってはアルフォンソ・キュアロン、クリストファー・ノーランによる賛辞が予告編に盛り込まれている。
キューブリックは当初、自分の監督作品『スパルタカス』の音楽を手がけたアレックス・ノースに作曲を依頼し、前半部分まで完成したスコアの録音まで完了していた（この最中にノースは過労で倒れてしまった）。しかしそれ以降は一切の連絡もないままノースの音楽を没にし、リヒャルト・シュトラウスなどの音楽に差し替えてしまう。ノースがそのことを知ったのは、試写会の会場であった。ノースはこれに激怒し、訴訟寸前にまで至った。ノースの死後、友人のジェリー・ゴールドスミスは没になった彼の音楽を録音し、1993年10月12日にヴァレーズ・サラバンド・レコーズから『Alex North's 2001 』(VSD-5400)としてCD発売した。日本でも『2001年〜デストロイド・ヴァージョン〜』（1993年12月1日発売、サウンドトラック・リスナーズ・コミュニケーションズ（SLC）、SLCS-5021）のタイトルで発売されている。更に、1968年に録音されたアレックス・ノースのオリジナル・スコアのマスターテープが発掘され、2007年1月26日に Intrada Records より『Music for 2001: A Space Odyssey (The Original Score by Alex North)  』としてCD化され、3000セット限定で発売された。
それまでのSF映画では未来的イメージの電子音楽などが用いられることが多かったが、当作品の映画版では、全篇にわたってクラシック音楽の名高い楽曲が数多く用いられている。ジェルジ・リゲティには一切映画についての説明や承諾もないまま、彼の曲を4曲採用した。リゲティが印税を受け取ったのは、1990年頃になってからだという。なお、(1)メインタイトル、(2)「人類の夜明け」、(3)ラストと合計3回使われている『ツァラトゥストラはかく語りき』の演奏はヘルベルト・フォン・カラヤン指揮ウィーン・フィルハーモニー管弦楽団のデッカ・レコード録音版だが、デッカ（1968年当時は日本国内ではロンドン・レーベル）が演奏者名を出さないことを許諾の条件としたので、映画のエンド・クレジットでは曲名しか表示されていない。終盤ボーマン船長が年齢を重ねていくシーンでは、BGMに『南極交響曲』を使用したバージョンもつくられた。「入場曲」および休憩時「間奏曲」の『アトモスフェール』、「退場曲」の『美しく青きドナウ』は、映像ソフトでは1989年発売のクライテリオン版LD-BOXまではカットが慣例化しており、休憩のクレジット自体も初期の映像ソフトではカットされていた。
キューブリックが異星人とのファーストコンタクトを描く映画を撮影すると決めたときに、その科学考証や共同脚本などをアーサー・C・クラークに依頼をした。クラークはすでに、宇宙人と人類のファーストコンタクトを描いた小説『前哨』（ハヤカワ文庫の同名短編集などに収録）を1948年に発表していた。のちにクラークが発表した『失われた宇宙の旅2001』によると、キューブリックとクラークがアイデアを出し合い、まずはクラークが「小説」としてアイデアをまとめあげ、その後キューブリックが脚本を執筆している。
1986年の時点でタカラ（現・タカラトミー）も商品化するために試作品を作っているが当時の技術で完全な女性の体型をした変形玩具は難しく、ハズブロも発売を見送った。その後日本ではアニメでの設定に近い非変形ソフビシリーズに加わる予定があったが、シリーズそのものが頓挫したために販売されなかった。『リバース』においてヘッドマスターになったのに連動してクロームドームの塗装変更品として販売する案もあったが、頓挫している。1998年のボットコンジャパンでは変形とスタイルを両立したものが展示された。SCF（スーパーコレクションフィギュア）でプロポーション重視の立体化は実現し、色違いで惑星パラドロンの看護婦も発売された。メタルスアーシーは、2001年のボットコンにて限定発売されている。2008年に再開したバイナルテックにおいて、海外版である『オルタネイターズ』のキャラクター・ディセプティチャージの仕様変更品として彼女が発売された。バイナルテックシリーズに準じて外装が金属になっている他、カラーリングもパールホワイトとピンクに変更されている。ちなみに、ディセプティチャージには、ブラックウィドーとして日本で発売する予定があった。もしもこれが実現していたなら、ビーストウォーズメタルスに引き続き、アーシーとブラックウィドーが同型となるはずであった。2015年2月14日にトランスフォーマー レジェンズシリーズにおいて変形可能なG1アーシーが販売された。