奥利奇、库兹曼、艾布拉姆斯与布赖恩·伯克担任制片人。克里斯·派恩继续饰演詹姆斯·T·柯克舰长，扎卡里·昆托、卡尔·厄本、佐伊·索尔达娜、安东·叶尔钦、西蒙·佩格、伦纳德·尼莫伊、赵约翰和布鲁斯·格林伍德续饰了他们在前作中的角色。本尼迪克特·康伯巴奇、彼得·威勒、爱丽丝·伊芙也出演了电影中的主要角色。在第十一部电影《星际迷航》公映后，艾布拉姆斯、伯克、林德洛夫和奥利奇签署了本片的制片协议。2011年，确定了由康伯巴奇、威勒和伊芙来出演电影里的关键配角。拍摄始于2012年1月，拍摄工作完全在加利福尼亚州完成