2230年出生于瓦肯星的男孩史波克（扎克瑞·昆图 饰），因为母亲阿曼达·格雷森（薇诺娜·赖德饰）是人类，经常遭到同僚的嘲笑和欺负。父亲萨瑞克（本·克劳斯饰）是瓦肯星的一名外交官，史波克从小就不断地在严肃的瓦肯逻辑教育和他的人类情感之间挣扎。长大后的史波克遇到了同样怀着远大志向的柯克（克里斯·派恩饰），两人虽矛盾不断但通过种种任务考验逐渐开始互相理解。

企业号的老舰长是克里斯托弗·派克（布鲁斯·格林伍德饰），舰员则包括医疗官“老骨头”麦考伊（卡尔·厄本 饰）、总工程师史考特（西蒙·佩吉 饰）、通讯官乌瑚拉（佐伊·桑塔纳饰）、舵手苏鲁（约翰·周 饰），以及17岁的领航员——天才少年契柯夫（安东·尤金 饰）。而来自未来的老年史波克（伦纳德·尼莫伊饰）因穿越时空，告诉了柯克未来罗慕伦帝国的残余势力尼诺（艾瑞克·巴纳饰）也已经回到现在，并率领大队人马进行复仇，尼诺摧毁了史波克的家乡瓦肯星，下一个目标便是地球……

第十一部电影以《星际迷航》故事为基础，以新的演员描绘演绎系列中的主要人物，探索柯克与斯波克在进取号星舰团结共同抵抗来自未来会危害到星际联邦的敌人尼罗之前的故事。2005年，派拉蒙影业公司联系了导演艾布斯和编剧艾里克斯和罗伯托，说明了拍摄这部电影的想法。

    美国电视剧《迷失》的作者艾里克斯和罗伯托都是《星际迷航》的忠实粉丝，而导演艾布斯则一般，然而却正是这种创造性的组合让他们决心制作一部能够吸引一般观众的电影。他们忠实于原系列，但他们也为影片增加他们所喜爱小说里面的元素，改进时间旅行故事情节的连贯性，而且让原有的设计现代化。而这一切正如原作者吉恩·罗登贝瑞在生前采访回答“《星际迷航》未来会是怎么样？”这个问题时所说的，他希望来日一些新事物出现并重新做一次，比他做得更大更好。

    电视系列剧《双面女间碟》和《迷失》的成功，让导演艾布斯受到派拉蒙影业公司的青睐，执导这部在美国具有四十年历史的经典电视剧的前传。然而他却从未看过 2002年上映的第十部电影《复仇女神》。他解释说，《星际迷航》是关于柯克与斯波克的故事，其它系列就像是“相同名字但却分离开来的空间冒险故事”。当他还是孩子的时候，他也喜欢《星际迷航》。他指出他对《星际迷航》的一般了解让他适合拍这部电影并将它介绍给更多新的观众。而且作为一个乐观的人，他觉得这部电影的乐观性质相较如《黑暗骑士》这类电影会让人耳目一新。导演在接受采访谈到《星际迷航》系列的精神时说到：“我想采用45年前创造的精神并让它适用于现代，不过关键是我们想将它成为我们的而不会因为是半个世纪历史的规则而感到不自在。”同时，导演针对故事说到：“我想让编剧们创造一个故事，关于年轻的柯克和斯波克来自哪里，并且是什么让激发了他们的希望与梦想。”

    正如片中来自不同世界的主角一样，影片的两个编剧也同样来自不同的地方。艾里克斯出生在美国，而罗伯托出生于墨西哥并在那生活直到他九岁。“我们注意每一样我们各自所缺乏的东西。这故事讲述的是两个家伙对立甚至可能会扼死对方，但最终却是联合起来并共同茁壮成长。这就如我们。”编剧罗伯托在阐述电影的情感时说到这番话。他还说，如果创造一个全新的版本对原剧不尊重的，因此他认为在原剧中扮演斯波克的伦纳德·尼莫伊能出现在电影中是非常重要的。伦纳德·尼莫伊在这部影片中扮演未来的斯波克，通过时间穿梭来到年轻斯波克的年代。编剧艾里克斯补充说到片中的时间旅行引起了危难，而不像观众们“已经知道他们怎么死”的那种前传一样。艾布斯选择罗慕伦人作为这次影片的反派，是因为罗慕伦人不像克林贡人那样经常出现在《星际迷航》系列中。没有巧妙的设计，是很难解释时间旅行的，因此在片中我们就让未来的尼罗去寻找年轻的柯克并行刺他。编剧罗伯托指出，时间旅行这个概念让他们能够改变一些过去的元素，如柯克第一次遇到罗慕伦人，但他们并不能因此而改变所有的，他们尝试使电影尽可能地是前传，而不是另一个分离出来的《星际迷航》。