邪恶的可汗逃脱十五年前被寇克船长拘禁的星球，他本人是一位智勇双全的领袖，但此刻已变成一个邪恶的狂人，他誓言要向寇克船长讨回血仇。于是他先劫持了一艘联邦战舰，后又偷取了寇克船长的儿子和旧情人制造的毁灭性武器。并引诱企业号投入他精心设计的圈套。

太空探测器发出的怪声导致地球风暴，并面临自毁的威胁。寇克船长和他们的船员再度担负起拯救人类的使命。他们发现怪声其实是座头鲸的呼唤，唯一的选择就是回到20世纪去带回一只座头鲸来对探测器作出回应。

寇克船长奉命最后一次指挥企业号宇宙飞船对抗外星人对地球的大规模攻击。他召集旧部和新队员执行任务，双方展开了一场殊死搏斗。

寇克上将虽然战胜了可汗并建立了创世星，但一切胜利皆徒然。因为他好友斯波克无故身亡，而麦考伊亦莫名其妙地变得精神失常。斯波克的父亲沙瑞克并透露了一个惊人的消息，原来麦考伊正窝藏冼的躯壳，寇克面对两名挚友一殁一存，且两人都受尽苦楚，因此矢志要拯救两位好友，决定盗用企业号去突破创世星封锁区，跟敌军展开殊死之战。

星际联邦的大敌克林贡帝国因为连年争战，经济及生态环境破坏殆尽，一位克林贡领袖遂在企业号太空船护送下前往地球谈和，中途却遭到阴谋暗杀，并且嫁祸企业号……