In London wird ein Anschlag auf ein geheimes Waffenlabor verübt. Bei einer Krisensitzung wird der ehemalige Agent John Harrison gerade als Attentäter identifiziert, als er den Konferenzraum angreift.

Ex-Sternenflottenagent Harrison verübt einen Terroranschlag auf das als Archiv getarnte Waffenlabor der Sternenflotte in London und tötet einen Großteil hochrangiger Militärs. Admiral Marcus gibt Captain Kirk das Kommando über die "Enterprise" zurück - mit dem Auftrag, Harrison zu töten. Doch dieser gibt sich als Khan zu erkennen und beschuldigt Marcus unlauterer Machenschaften. Wem kann Kirk trauen? Eine Frage auf Leben und Tod. Nachdem sich der hitzköpfige Captain Kirk (Chris Pine) wieder einmal nicht an die Vorschriften gehalten hat, entzieht man ihm das Kommando über die "Enterprise". Kurz darauf zerstört ein schrecklicher Terroranschlag das Waffenlabor der Sternenflotte in London und richtet ein Blutbad an. Admiral Marcus (Peter Weller) hält Ex-Sternenflottenagent Harrison (Benedict Cumberbatch) für den Täter und gibt Kirk die Führung der "Enterprise" zurück - mit dem Auftrag, John Harrison aufzuspüren und zu töten. Harrison flieht auf seinen Klingonen-Heimatplaneten Kronos, gerät aber schließlich auf der "Enterprise" in Gefangenschaft. Kirk will ihn vor Gericht stellen. Harrison gibt sich als Khan zu erkennen - als gentechnisch verbesserter Soldat, der vor 300 Jahren zusammen mit seiner Crew eingefroren wurde. Er behauptet, Admiral Marcus habe ihn aufwecken lassen, damit er besondere Waffen für ihn entwickele, um einen Krieg gegen die Klingonen anfangen zu können. Captain Kirk weiß nicht, was er glauben soll, doch da rast Admiral Marcus' Raumschiff auf die wegen Antriebsschwäche gehandicapte "Enterprise" zu. Nachdem J.J. Abrams mit "Star Trek" (2009) das "Star Trek"-Universum wieder in die Gegenwart katapultierte, steigerte er im zweiten Reboot-Teil das Tempo, glich die Actionszenen den erfolgreichen Comic-Superhelden-Verfilmungen an und hatte mit Benedict Cumberbatch einen adäquaten Gegenspieler zu Chris Pine gefunden. In "Star Trek: Into Darkness" hat Leonard Nimoy seinen letzten Auftritt als Spock, der Schauspieler starb 2015.