우주를 항해하던 거대 함선 USS 엔터프라이즈호 앞에 정체불명의 함선이 나타나 엔터프라이즈호를 공격하고, 이 과정에서 엔터프라이즈호는 함장을 잃게 된다. 목숨을 잃은 함장을 대신해 엔터프라이즈호를 이끌게 된 '커크'는 자신의 목숨을 희생해 800명의 선원들을 구해낸다.

엔터프라이즈호에 비극이 닥친 긴박한 혼돈의 그날 태어난 '커크'의 아들 '제임스 커크'. 지도자의 운명을 안고 태어났으나, 자신의 갈 길을 깨닫지 못한 채 방황하던 젊은 청년 '커크'는 우연한 기회로 엔터프라이즈호의 대원으로 입대하여 아버지를 잃었던 함선에 승선하게 된다.

아버지가 그랬던 것처럼 함선을 이끄는 함장이 되기 위해 엔터프라이즈호에서 우주 항해를 위한 훈련을 받기 시작하는 '커크'. 그는 거기서 자신과는 정반대로 냉철하고 이성적인 불칸족 '스팍'을 만나게 되고, 끊임없는 부딪힘 속에서 두 라이벌 '커크'와 '스팍'은 선의의 경쟁을 계속하게 된다. 패기 넘치는 첫 출격 이후 시행착오를 거듭하며 정식 대원의 자질을 갖춰가던 '커크'와 엔터프라이즈호의 대원들.

그러던 어느 날 불칸족의 행성과 엔터프라이즈호를 위협하는 파괴자의 존재가 감지되고, 복수를 위해 찾아온 '네로' 일당과 맞닥뜨린 이들은 인류의 미래를 위해 피할 수 없는 도전을 시작하게 되는데...