 | Keir Dullea als Dr. David Bowman |
 | Gary Lockwood als Dr. Frank Poole |
 | William Sylvester als Dr. Heywood Floyd |
 | Douglas Rain als HAL 9000 (voice) |
 | Daniel Richter als Moonwatcher |
 | Leonard Rossiter als Dr. Andrei Smyslov |
 | Margaret Tyzack als Elena |
 | Robert Beatty als Dr. Ralph Halvorsen |
 | Sean Sullivan als Dr. Roy Michaels |
| Frank Miller als Mission Controller |
 | Ed Bishop als Aries-1B Lunar Shuttle Captain |
 | Edwina Carroll als Aries-1B Stewardess |
| Heather Downham als Stewardess |
 | Penny Brahms als Stewardess |
 | Maggie London als Stewardess |
 | Chela Matthison als Stewardess |
| Judy Kiern als Voiceprint Identification Girl |
 | Alan Gifford als Poole's Father |
 | Ann Gillis als Poole's Mother |
 | Vivian Kubrick als Floyd's daughter (uncredited) |
 | Kenneth Kendall als BBC-12 Announcer |
 | Kevin Scott als Miller |
| Martin Amor als Interviewer Martin Amor |
 | Bill Weston als Astronaut |
 | Glenn Beck als Astronaut |
| Mike Lovell als Astronaut |
| John Ashley als Ape |
| Jimmy Bell als Ape |
 | David Charkham als Ape |
| Simon Davis als Ape |
| Jonathan Daw als Ape |
| Péter Delmár als Ape |
| Terry Duggan als Ape Attacked by Leopard |
| David Fleetwood als Ape |
| Danny Grover als Ape |
| Brian Hawley als Ape |
| David Hines als Ape |
| Tony Jackson als Ape |
| John Jordan als Ape |
| Scott MacKee als Ape |
| Laurence Marchant als Ape |
| Darryl Paes als Ape |
| Joe Refalo als Ape |
| Andy Wallace als Ape |
| Bob Wilyman als Ape |
| Richard Woods als Ape Killed by Moon-Watcher |
| S. Newton Anderson als Young Man (uncredited) |
| Sheraton Blount als (uncredited) |
| Ann Bormann als (uncredited) |
| Julie Croft als (uncredited) |
| Penny Francis als (uncredited) |
| Marcella Markham als (uncredited) |
| Irena Marr als Russian Scientist (uncredited) |
| Krystyna Marr als Russian Scientist (uncredited) |
| Kim Neil als (uncredited) |
| Jane Pearl als (uncredited) |
| Penny Pearl als (uncredited) |
 | Burnell Tucker als TMA-1 Site Photographer (uncredited) |
 | John Swindells als TMA-1 Site Technician #1 (uncredited) |
| John Clifford als TMA-1 Site Technician #2 (uncredited) |
 | Stanley Kubrick als (voice) (uncredited) |
| Anthony Jackson als Ape |
| Frank W. Miller als Mission Controller |
| Arthur C. Clarke | Novel |
| Arthur C. Clarke | Screenplay |
| Brian Johnson | Special Effects |
| Ray Lovejoy | Editor |
| Stanley Kubrick | Producer |
| H.L. Bird | Sound mixer |
| Stanley Kubrick | Screenplay |
| Victor Lyndon | Producer |
| Les Bowie | Special Effects |
| Geoffrey Unsworth | Director of Photography |
| Winston Ryder | Sound Editor |
| Ernest Archer | Production Design |
| James Liggat | Casting |
| John Hoesli | Art Direction |
| Robert Cartwright | Set Decoration |
| Harry Lange | Production Design |
| Anthony Masters | Production Design |
| Dick Frift | Construction Coordinator |
| Graham Freeborn | Makeup Artist |
| Malcolm Stewart | Sound Designer |
| Stuart Freeborn | Makeup Artist |
| Douglas Trumbull | Visual Effects |
| Stanley Kubrick | Visual Effects |
| Mary Gibson | Wardrobe Supervisor |
| David Wynn-Jones | Clapper Loader |
| Bobby Clark | Stunts |
| John Francis | Stunt Coordinator |
| Stanley Kubrick | Director |
| John Alcott | Additional Photography |
| George Watts | Assistant Camera |
| Kelvin Pike | Camera Operator |
| David de Wilde | Editorial Staff |
| Derek Cracknell | First Assistant Director |
| A.W. Watkins | Sound Supervisor |
