未知的时空,无边的黑洞,一艘巨型罗慕兰战舰突然出现在太空中。崇武暴躁的罗慕兰人,是多年前离开瓦肯星人自建星际帝国的战士种族。如今,罗慕兰帝国的统治者尼诺(艾瑞克·巴纳饰),为了解决日后的强大劲敌史波克,正跨越星际和时空四处搜寻他的下落。而一名为凯尔文号的联邦星舰,在追捕中不幸落入了罗慕兰的魔掌。还尚稚嫩的联邦星舰,在罗慕兰战舰催枯拉朽的火力面前反击,无异以卵击石。幸而临危受命的舰长乔治·柯克(克里斯·海姆斯沃斯饰)英勇机智,在星舰被摧毁前的短短十二分钟之内,带领全船八百余人逃出生天,这其中包括他正在分娩的妻子。若干年后,美国,爱荷华州,詹姆斯・T・柯克(克里斯·派恩饰),那个时候的他是个喜欢到处追求刺激的爱荷华州农场男孩,却已经展示出了与生俱来的领袖魅力,企业号舰长克里斯托夫・派克(布鲁斯·格林伍德饰)对他产生了兴趣,发现他是中西部唯一的天才级入侵者。于是,派克邀请他加入星际战队,并用他父亲的事迹来激励他。舰队学院的另一个佼佼者史波克(扎克瑞·昆图饰),他在瓦肯星球长大,因为身上流淌着一半人类的血脉而受到驱逐,这样的经历使得他很容易受到不稳定的情感波动的影响,而在瓦肯人纯粹的逻辑教育体系下,是不可能出现这种情况的,不过史波克同时也是一个有独创精神、意志坚定的好学之人,是第一个被星际舰队学院所接纳的瓦肯人, 同时进入军官学校的柯克和史波克从任何角度看都是两个完全不一样的人,不过他们所追求的却是真正的自我和必须有所付出的艰难之路。
当遥远的瓦肯星传来星舰遇险的呼救信号时,派克带领飞船上的其他成员包括史波克、伦纳德・麦科伊(卡尔·厄本饰)、乌胡拉(佐伊·索尔达娜饰)、富有经验的舵手苏禄(约翰·赵饰)和年仅17岁的神童契诃夫(安东·尤金饰),还有偷偷上了舰船的柯克,当他们满怀着激动的心情展开了第一次星际飞行的时候,柯克发现了这是一场尼诺的阴谋,当派克舰长被敌人扣押时,柯克和史波克也因此第一次携手和尼诺决一死战 [2] 。(部分内容与参考资料不对应是根据电影实际剧情整理)