У 2233 році "Зоряний шлях", зореліт Федерації, виконує рутинну місію, коли стикається з велетенським космічним кораблем під командуванням Неро, мстивого ромуланця з майбутнього. Незважаючи на відважні зусилля "Кельвіна", Неро самотужки знищує корабель і вбиває капітана Робау. Перед смертю Робау наказує своїй вагітній дружині втекти на борту шатла.
Через роки ми зустрічаємо Джеймса Т. Кірка, бунтівного та харизматичного юнака, що живе в Айові. Після бійки в барі капітан Крістофер Пайк переконує його вступити до Академії Зоряного флоту і піти слідами свого покійного батька. Тим часом на планеті Вулкан напіввулканець Спок бореться зі своєю подвійною спадщиною і стикається з упередженням з боку однолітків.
В Академії Кірк починає суперничати зі Споком, і їхня ворожнеча зростає під час симуляційних вправ. Але коли сигнал лиха з Вулкану перериває навчання, Кірк, Спок та їхні однокашники вирушають на допомогу планеті, що перебуває під загрозою зникнення. Під час подорожі Кірк проявляє хоробрість і винахідливість, завойовуючи повагу своїх товаришів по екіпажу і, зрештою, Спока.
Прибувши на Вулкан, вони дізнаються, що Нерон прагне помститися Споку, якого він звинувачує у знищенні своєї рідної планети в майбутньому. Поки екіпаж бореться з силами Нерона, Кірк заохочує Спока задіяти свої людські емоції, допомагаючи йому відновити контроль у критичний момент. Разом вони перемагають Нерона і рятують залишки Вулкану, хоча планеті завдано непоправної шкоди.
На знак визнання їхнього героїзму Кірка підвищують до капітана, а Спока призначають його першим помічником на борту корабля "Ентерпрайз". Фільм закінчується тим, що знакові члени екіпажу збираються разом і вирушають у свою першу місію, створюючи легендарний зв'язок, який визначить їхні майбутні пригоди на борту корабля "Ентерпрайз"".