Nach einem Sprengstoffanschlag auf ein als Archiv getarntes Waffenlabor in London kommt die Führungsriege der Sternenflotte für eine Krisensitzung im Hauptquartier in San Francisco zusammen. Dieses Treffen wird von dem Terroristen John Harrison "Khan" (Benedict Cumberbatch) attackiert, bei dem die meisten hochrangigen Teilnehmer sterben. Kirk gelingt es, den Übergriff zu stoppen, doch Harrison kann rechtzeitig flüchten. Obwohl Kirk sowie Spock kurz zuvor wegen Regelverstoßes ihrer Ämter enthoben wurden, bekommt Kirk das Kommando über die Enterprise zurück und setzt Spock sofort wieder als ersten Offizier ein. Auch der Rest seiner Crew, bestehend aus Nyota Uhura (Zoe Saldana), Pille (Karl Urban), Chekov (Anton Yelchin) Sulu (John Cho) und Scotty (Simon Pegg), stellt sich dem skrupellosen Gegner mit ihren individuellen Fähigkeiten entgegen. Dieser verfolgt einen dunklen Plan: Er hat eine alte Rechnung zu begleichen und dafür ist ihm jedes Mittel recht.