Todo está preparado para el viaje inaugural de la nave más moderna que jamás se haya creado: la USS Enterprise. Su joven tripulación tiene una importante misión: encontrar una manera de detener al malvado Nero que, movido por la venganza, amenaza a toda la humanidad. Pero el destino de la galaxia está en manos de dos jóvenes rivales, que nacieron en mundos diferentes. Uno de ellos, Tiberius James Kirk, humano, busca emociones y es un líder nato. El otro, Spock, medio humano y medio vulcaniano, es menospreciado por los vulcanianos, por sus emociones humanas.

A pesar de estar enterrada en una tumba en lo más profundo del desierto, una antigua princesa (Sofia Boutella) cuyo destino le fue arrebatado injustamente, se despierta en la época actual, trayendo consigo una maldición que ha crecido hasta límites insospechados con el paso de miles de años.

Tras haber llevado a cabo diversas misiones, el agente especial Ethan Hunt se ha retirado del servicio activo y se ha prometido con su amada Julia. Pero, cuando es secuestrado uno de los agentes entrenados por él, volverá de nuevo a la acción. También tendrá que enfrentarse a Owen Davian, un individuo sin escrúpulos que trafica con armas y con información.