在尼比鲁星球探查期间，企业号舰长柯克（克里斯·派恩Chris Pine 饰）为营救史波克（扎克瑞·昆图 Zachary Quinto 饰）采取了胆大妄为的举动，几乎危及全舰队员的生命，他也为此付出代价。不久，柯克官复原职，而伦敦发生一起死亡超过四十人的恐怖袭击事件。该事件的始作俑者约翰·哈里森（本尼迪克特·康伯巴奇 Benedict Cumberbatch 饰）正来自联盟内部。此后他驾驶飞机袭击了高层会议，柯克最为敬重的派克将军不幸遇难。为了阻止哈里森的外逃阴谋，柯克重新率领企业号启程追击。危机重重的旅途，他和舰员、朋友之间的信任也受到巨大考验。 当他们最终找到哈里森，才终于知晓他的真实身份，以及伦敦袭击事件背后的阴谋和黑幕……
凯文·费奇,伊丽莎白·奥尔森,保罗·贝坦尼,克里斯托弗·贝克,丹尼尔·布鲁赫,凯特·戴琳斯,凯瑟琳·哈恩,朱利安·希威德,亨利·杰克曼,杰特·克莱恩,安东尼·麦凯,兰道尔·朴,泰柔娜·派丽丝,埃文·彼得斯,怀亚特·拉塞尔,马特·沙克曼,卡莉·斯考格兰德,塞巴斯蒂安·斯坦,艾米丽·万凯普,Baylen D. Bielitz,Gavin Borders