Сценаристы Роберто Орси и Алекс Куртцман объяснили, что дилеммой для сиквела был выбор — столкнуть экипаж с новым злодеем или же сделать «исследовательский научно-фантастический сюжет», как в сериале «Звездный путь» (1966-1969).

По словам Джей Джей Абрамса понятие путешествия во времени, которое было в предыдущем фильме, использовалось преднамеренно, для того чтобы иметь больший простор для работы над новыми фильмами: «То, что теперь мы не зависим от временного периода, позволяет нам использовать любые моменты прошлого, либо же придумывать совершенно новые для создания сюжета».

Хейли Этвелл и Тереза Палмер пробовались на роль Кэрол Маркус.

Бенисио Дель Торо предлагали роль Джона Харрисона, но в итоге актер отказался из-за денежных вопросов. Затем на эту роль рассматривались Демиан Бичир, Эдгар Рамирес и Хорди Молья, но в итоге она досталась Бенедикту Камбербэтчу.

Студия Paramount Pictures попросила режиссера Джей Джей Абрамса снять фильм в 3D. Однако Абрамс хотел снимать в 2D на пленку, используя камеры IMAX. В итоге они пришли к компромиссу, и результатом стало то, что этот фильм стал первым в истории кино снятым в IMAX-формате, а затем преобразованным в 3D на стадии пост-продакшна.

Это второе появление Питера Уэллера в фильмах серии «Звездный путь». Он ранее снимался в качестве приглашенной звезды в сериале «Звездный путь: Энтерпрайз» (2001-2005).

Бенедикта Камбербэтча Джей Джей Абрамсу рекомендовал его сопродюсер по фильму «Супер 8» (2011) — Стивен Спилберг, который работал вместе с Камбербэтчем в фильме «Боевой конь» (2011).

Питер Уэллер ранее снимался в фильме «Приключения Бакару Банзая в восьмом измерении» (1984) вместе с бывшим злодеем из «Звездного пути» — Кристофером Ллойдом, а также в фильме «Робокоп» (1987) вместе с другими «ветеранами» серии — Ронни Коксом, Кертвудом Смитом и Мигелем Феррером.

Бенедикт Камбербэтч стал широко известен благодаря своей роли в сериале «Шерлок» (2010). Леонард Нимой играл Шерлока Холмса в сценических постановках в 1970-х, и даже упоминает этот факт в фильме «Звездный путь 6: Неоткрытая страна» (1991), ссылаясь на логику Холмса, говоря: «когда вы исключаете невозможное, то, что остается, обычно маловероятно, но должно быть правдой». Так же Кристофер Пламмер исполнял роль Холмса и произносил его фирменную фразу: «Ставки сделаны» (The game's afoot). Еще Нимой записывал песню в 1970-х — «The Ballad of Bilbo Baggins» (Баллада о Бильбо Бэггинсе), а Камбербэтч озвучивал дракона Смауга в фильме «Хоббит: Пустошь Смауга» (2013), в котором его коллега по сериалу «Шерлок» (2010) — Мартин Фриман — сыграл Бильбо Бэггинса.

Бенедикт Камбербэтч записал видео ролик для кинопроб на кухне своего лучшего друга при помощи iPhone.

Из всех предлагаемых названий для фильма, включая и шуточные, сценаристу Дэймону Линделофу больше всего понравилось: «Звездный путь: Трансформеры 4». Он сказал: «Технически мы без проблем можем исполнить и это».

Майкл Дорн, который ранее играл клингонского лейтенанта Ворфа, на момент начала съемок приглашался на роль офицера. Но в конечном итоге создатели фильма решили не смешивать старый и новый актерский состав из серии фильмов «Звездный путь».

Сценаристы для вдохновения изучали научно-фантастические романы Артура Ч. Кларка и Ларри Найвена.

Это первый раз, когда фильм серии «Звездный путь» снимался за пределами США. Были съемки для сцен со спецэффектами в Исландии.

В фильме Джон Харрисон дает Джеймсу Т. Кирку пространственные координаты 23174611. Это координаты орбиты одного из спутников Юпитера.

Брюс Гринвуд и Питер Уэллер озвучивали героев DC Comics — Брюса Уэйна / Бэтмена: Гринвуд в мультфильме «Бэтмен: Под колпаком» (2010) и сериале «Юная Лига Справедливости» (2010), а Уэллер в «Темный рыцарь: Возрождение легенды. Часть 1» (2012).

Коллекция моделей на столе адмирала Маркуса напоминает галерею старых кораблей «Энтерпрайз» из «Звездный путь: Фильм» (1979). В обеих коллекциях есть шаттл НАСА и «XCV 330 USS Энтерпрайз» (корабль с кольцами вокруг его корпуса). Также среди моделей присутствует «NX-01 Энтерпрайз» из сериала «Звездный путь: Энтерпрайз» (2001-2005).

Эпизодическую роль транспортного сотрудника в фильме сыграл Кристофер Дуэн — сын «ветерана» серии — Джеймса Дуэна.

Когда клерк из Лос-Анджелеса привёз Бенедикту Камбербэтчу сценарий, чемодан с рукописью был пристёгнут к его руке наручником.

Подбитый корабль Маркуса на своем пути снес знаменитую тюрьму Алькатрас. Что интересно, Джей Джей Абрамс был исполнительным продюсером сериала «Алькатрас» (2011).

Ремень безопасности Сулу то появляется, то исчезает во время сцены финальной битвы.

Когда старый Спок появляется на экране Энтерпрайза, изображение зеркально отображено. Это можно заметить потому, что у актера Нимоя вытянута мочка правого уха, а не левого.

В фильме на 57 минуте, когда Спок целует Ухуру, меняется расположение лица. То её голова к правому плечу, то в следующем кадре голова уже к левому плечу.

Когда Кирк лежит и умирает у двери с окном, Спок прикладывает свою руку к окну, и делает жест — «Вулканский салют», в следующем кадре его рука уже не показывает этот жест.