Quand une inconnue se présente à la Fédération et mentionne que son équipage est en danger, le capitaine Kirk se lance dans une mission de sauvetage à bord de l'Enterprise. Arrivé sur place avec son équipe, il constate qu'il s'agissait d'un guet-apens. Rapidement, tous les membres de l'équipage sont faits prisonniers par un mécréant du nom de Krall, qui envisage détruire la station spatiale Yorktown et éliminer tous ceux qui y vivent. Kirk, Spock, Bones et Scotty, aidés par une nouvelle alliée, Jaylah, s'évertueront de retrouver leurs confrères et d'empêcher que Krall mettre son plan diabolique à exécution.