קפטן ג'יימס קירק (כריס פיין) מפקד ספינת החלל אנטרפרייז, מוביל את צוותו למסע בחלל העמוק כשהם נתקלים באיום בלתי צפוי. במהלך משימתם, ספינתם מותקפת בידי יצורים זרים עוינים, שמותירים אותם פגועים ושבויים בכוכב לכת חדש ומסתורי. הצוות המגוון, הכולל את ספוק (זאכרי קווינטו), מקוי (קארל אורבן), אוחורה (זואי סלדניה), סקוטי (סיימון פג), סולה (ג'ון צ'ו) וצ'כוב (אנטון ילצ'ין), נאלץ להתמודד עם סכנות רבות בסביבה עוינת ומלאת איומים. הכוכב החדש, רחוק ומבודד, מסתיר אויב אכזרי במיוחד שמאיים להשמיד את כל מי שיתנגד לו. קירק וצוותו חייבים להתגבר על הפחדים והקשיים, לאחד כוחות ולמצוא דרך לברוח מהכלא הקוסמי שבו הם כלואים. במהלך ההרפתקה הם מגלים כי האויב לא רק חזק פיזית, אלא גם מתוחכם ואכזרי, מה שמעמיד את יכולותיהם ואת נאמנותם זה לזה במבחן קיצוני. כשהם נאבקים על חייהם ועל עתידם, קירק מוביל את הצוות במאבק על הישרדות, תוך כדי חיפוש אחר פתרונות יצירתיים ואומץ לב. האתגרים והקרבות מול האויב הקשה ביותר שעמם התמודדו עד כה, מאלצים אותם להסתמך על החברות והאמון ביניהם כדי לשרוד. כל צעד במסע הזה קריטי, ומכאן תלויה לא רק חייהם אלא גם המשך קיומה של ספינת האנטרפרייז ושל הצוות האמיץ שבראשה עומד קפטן קירק. בסופו של דבר, הצוות מצליח לנצל את חוזקותיו הייחודיות ואת הידע המדעי והטכנולוגי שברשותם כדי להפוך את המצב לטובתם. הם מתארגנים מחדש, מתכננים מתקפה חכמה ומסוכנת שמטרתה לשבור את שליטת האויב על הכוכב. במהלך הקרב הסופי, כל אחד מחברי הצוות תורם את חלקו, והם מצליחים להביס את האיום המסוכן. לאחר הניצחון, הם מצליחים לתקן את האנטרפרייז ולחזור אל החלל הפתוח, כשהם מחוזקים וחזקים יותר מבחינה נפשית ופיזית. המסע הזה מדגיש את חשיבות האחדות, האומץ והנחישות במצבי משבר, ומחזק את הקשר בין חברי הצוות. בסיום הסרט, הצופים נשארים עם תחושת תקווה ואמונה בכוחם של אנשים לשנות מציאות גם במצבים הקשים ביותר.
