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……
丹尼尔·克雷格 欧嘉·柯瑞兰寇 马修·阿马立克 朱迪·丹奇 吉安卡罗·吉安尼尼 杰玛·阿特登 杰弗里·怀特 大卫·哈伯 加斯帕·克里斯滕森 安纳托·陶布曼 罗里·金尼尔 蒂姆·皮戈特-史密斯 华金·科西奥 费尔南多·古林·库弗 杰苏斯·欧乔阿 卢克雷齐亚·兰特·德拉·罗弗尔 格伦·福斯特 保罗·里特 西蒙·卡斯安德斯 斯坦娜·卡蒂克 尼尔·杰克逊 奥娜·卓别林 鲁弗斯·赖特 萨拉·哈德兰 马克·瓦克林 蕾切尔·麦克道威尔 罗非洛·迪格托勒 吉尔莫·德尔·托罗 阿方索·卡隆 卡米尔·克里希奇 大卫·德西奥
塔布 阿里·法扎勒 瓦米恰·嘉碧 阿希瑟·维德亚迪 R·巴克提·克莱因 Alexx O'Nell Azmeri Haque Badhon Jan Graveson Vijay Raj Sameer Deshpande Vijayant Kohli Disney James Jacob Breitmeier Rosabelle Folk Siddhi Bhutani