El director J.J. Abrams mete a Star Trek en la oscuridad, en la que los jóvenes oficiales de la nave U.S:S. Enterprise ponen rumbo hacia su viaje más épico hasta la fecha. Abrams vuelve a reunirse con el equipo que creó la diversión, el humor y el espíritu de la aclamada película de 2009 que relanzó a esa entrañable saga. En este segundo viaje, han amplificado la acción, han puesto más alto el listón emocional y han metido a la nave Enterprise en una partida de ajedrez de alta tensión y a vida o muerte contra una fuerza destructiva e invencible. Con todo aquello en lo que creen los hombre y mujeres de la nave Enterprise pendiente de un hilo, el amor se verá puesto a prueba, se romperán las amistades y habrá que hacer grandes sacrificios en pro de la única familia que conoce el capitán Kirk: la tripulación de su nave.

Comienza con un regreso a casa, cuando la Enterprise regresa a la Tierra como consecuencia de un controvertido incidente galáctico, con su intrépido capitán aún deseando volver a las estrellas en una misión de paz y exploración más larga. Pero no todo va bien en el Planeta Azul. Un devastador atentado terrorista ha puesto de manifiesto una alarmante realidad: la Flota Estelar está siendo atacada desde dentro, y las consecuencias van a sumir al mundo entero en una grave crisis. El capitán Kirk dirige a la nave Enterprise en una misión sin parangón, y que les lleva desde el planeta de los Klingon hasta la bahía de San Francisco. A bordo de la nave, el enemigo infiltrado entre ellos posee un impresionante talento para la destrucción. Kirk les guiará hasta un mundo difuso lleno de dudas y espejismos donde nunca antes habían estado, moviéndose por la delgada línea que separa al amigo del enemigo, a la venganza de la justicia, a la guerra sin cuartel y el infinito potencial de un futuro en común.

De regreso a la nave Enterprise está la tripulación que le dio una vida tan visceral en la película de Abrams "Star Trek": Chris Pine como el capitán James T. Kirk, Zachary Quinto como el primer oficial Spock, Karl Urban como el doctor Leonard "Bones" McCoy, Simon Pegg como el ingeniero jefe "Scotty" Scott, Zoe Saldana como la oficial de comunicaciones Uhura, John Cho como el piloto Hikaru Sulu, Anton Yelchin como Pavel Chekov y Bruce Greenwood como el almirante Christopher Pike. Se unen al reparto Benedict Cumberbatch en el papel del misterioso terrorista intergaláctico John Harrison, Alice Eve como la recién llegada Carol Marcus, y Peter Weller como el almirante de la Flota Estelar que entra en conflicto con la nave Enterprise.