– Citoyen, quel est ton nom ?
– Je m’appelle James Tiberius Kirk !
2233 : un vaisseau inconnu surgit d’un trou noir et détruit le vaisseau de la Fédération USS Kelvin. Parmi les victimes, se trouve l’officier George Kirk (Chris Hemsworth).
2255 : James Tiberius Kirk (Chris Pine) s’engage dans Starfleet où il ne montre aucun respect pour l’un de ses instructeurs nommé Spock (Zachary Quinto) un hybride de Vulcain et de Terrien.
2258 : la planète Vulcain appelle à l’aide et, commandé par le Capitaine Pike (Bruce Greenwood)[[Le personnage du capitaine Christopher Pike était présent dans le pilote original non diffusé Star Trek : The Cage (1966). Certaines images du pilote non diffusé ont été utilisées dans les épisodes de la série TV Star Trek : The Menagerie (1966)]], l’USS Enterprise qui vient d’être mis en service[[selon les films et séries télévisées, l’USS Enterprise est lancé en 2245. Dans cet univers alternatif, le vaisseau est achevé en 2258.]] fait partie des navires qui viennent à son secours. Arrivée en orbite de Vulcain les membres de l’équipage découvrent que les vaisseaux de Starfleet qui les ont précédés ont été détruits et qu’un vaisseau inconnu fore la planète pour la détruire.
Ce onzième film de l’univers de Star Trek revient aux fondamentaux, après l’échec financier du 10e film Star Trek : Nemesis (2002).
Il s’agit en quelque sorte d’un préquel de la série avec les mêmes personnages, mais plus jeunes, de la première série TV. Cependant, leur destin a été bouleversé par l’irruption d’un vaisseau spatial provenant d’une autre époque.
De ce fait, privé de figure paternelle, le jeune Kirk affiche un côté rebelle et une arrogance totalement incompatible avec l’esprit logique de Spock.