Admiral Marcus (Peter Weller, „Robocop“) schickt Captain Kirk (Christopher Pine) und die Enterprise mit einem geheimen Auftrag tief ins klingonische Territorium: Er soll den genetisch aufgemotzten Supersoldaten Khan (Benedict Cumberbatch, „Sherlock Holmes“) als Rache für einen Anschlag auf das Hauptquartier der Sternenflotte eliminieren. Auf Drängen von Spock (Zachary Quinto, „Heros“) nimmt Kirk den Bösewicht jedoch fest, statt ihn zu töten – und gerät dadurch ins Visier eines militaristischen Flügels der Sternenflotte…