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……