En avdanket TV-skuespiller og hans stuntmann strever for å gjenoppnå berømmelse og suksess i filmindustrien i løpet av de siste årene av Hollywoods gullalder i 1969 Los Angeles, Hollywood i 1969 – en by i endring. TV-stjernen Rick Dalton og hans stuntmann Cliff Booth prøver å finne sin plass i en bransje de knapt kjenner igjen. Filmen byr på flere handlinger og en stor samling av kjente skuespillere i denne hyllesten til Hollywoods gullalder.

Når den nådeløse mesterhjernen Khan (Benedict Cumberbatch) innleder en enmannskrig mot Føderasjonen, setter kaptein Kirk (Chris Pine), Spock (Zachary Quinto) og den uredde besetningen påU.S.S. Enterprise ut påsitt mest eksplosive oppdrag noensinne. Det vil kreve alt de har av arsenal å redde jorden og eliminere Khans dødelige trussel i J.J. Abrams’ nervepirrende actioneventyr.

Denne gangen står mesterdetektiven ansikt til ansikt med sin største fiende, professor Moriarty, mens han reiser i Europa sammen med sin trofaste følgesvenn for å stanse mesterforbryterens planer for verdensherredømme.