우주를 항해하던 거대 함선 USS 켈빈호 앞에 정체불명의 함선이 나타나 켈빈호를 공격하고, 이 과정에서 켈빈호는 함장을 잃게 된다. 목숨을 잃은 함장을 대신해 켈빈호를 이끌게 된 ‘커크’는 자신의 목숨을 희생해 800명의 선원들을 구해낸다. 켈빈호에 비극이 닥친 긴박한 혼돈의 그날 태어난 ‘커크’의 아들 ‘제임스 커크’. 지도자의 운명을 안고 태어났으나, 자신의 갈 길을 깨닫지 못한 채 방황하던 젊은 청년 커크는 파이크 함장의 조언을 듣고 스타플릿에 입대하여 아버지의 뒤를 잇는다. 아버지를 따라 스타플릿의 대원이 되기 위해 스타플릿 아카데미에서 훈련을 받는 ‘커크’. 그는 거기서 자신과는 정반대로 냉철하고 이성적인 벌칸족 ‘스팍’을 만나게 되고, 끊임없는 부딪힘 속에서 두 라이벌 ‘커크’와 ‘스팍’은 경쟁을 계속하게 된다. 그러는 도중에 벌칸으로 부터 구조요청 신호가 오고, 스타플릿 아카데미의 학생들은 각자 배정받은 함선에 승선하여 벌칸으로 향한다. 벌칸으로 향하는 도중, 커크는 아버지가 겪었던 일과 같은 현상이 일어난 것을 보고, 생각한 것 보다 위험한 상황임을 눈치채고, 엔터프라이즈호는 인류를 위해서 일어나지도 않은 일에 대한 "복수"를 하겠다는 네로와 맞써 싸우게 되는데...