2014年12月、オーチーは本作の企画から離れた。その際、自分は第3作の監督を務めることはないと明言した[12]。その後、ルパート・ワイアット、ダニエル・エスピノーサ、モルテン・ティルドゥム、エドガー・ライト、ダンカン・ジョーンズ、ジャスティン・リン、ジョナサン・フレイクスらが監督候補として噂された[13]。同月下旬、ジャスティン・リンが第3作の監督を務めることが決まった[14]。
脚本

2013年、ロベルト・オーチーはパトリック・マッケイとジョン・D・ペインの2人とともに本作の脚本の執筆を始めた。なお、一部メディアが長年オーチーとタッグを組んできたアレックス・カーツマンも脚本の執筆に参加し、ジョー・コーニッシュも何らかの形で本作に携わると報じたが、それは誤報であった[15][16]。オーチーが本作の製作から離れた後、サイモン・ペッグとダグ・ユング（英語版）が脚本のリライトを行うことが決まった[17]。ペッグはオーチーの初稿に関して「パラマウントは思うように興行収入が稼げないスター・トレックの新作のための脚本を持っていた。パラマウントは脚本の内容がトレッキー寄りになりすぎているのではないかと懸念しているようだった。」「脚本のリライトを引き受けるにあたって、僕はより万人受けするような形に修正することを求められた。そのために、西部劇やスリラー映画、犯罪映画の要素をストーリーに盛り込んだ。そのストーリーの中にスタートレックのキャラクターを配置していった。これで往年のスタートレックファンではない観客でも楽しめるような内容になったと思う。」と語っている[18]。なお、本作の脚本家としてクレジットされているのはオーチー、ペイン、マッケイ、ペッグ、ユングの5人である。しかし、ペグとユングの2人が脚本をリライトするにあたって、オーチーらの初稿を参照することはなかった[19]。
キャスティング

主要キャストは2009年に公開された『スター・トレック』の出演契約で続編2本にも出演する契約を結んでいたため、本作への出演はスムーズに決まった[20]。2014年9月、プロデューサーのJ・J・エイブラムスはウィリアム・シャトナーに本作への出演を持ち掛けた。それに対しシャトナーは脚本の出来次第だと返答したという[21]。2015年3月、イドリス・エルバが本作の悪役を演じる候補として挙がっていると報じられた。翌月には、エルバの出演が正式に決まった[22][23]。4月の段階でエルバの演じるキャラクターの詳細は全く明らかにされなかったが、9月になってサイモン・ペグが「エルバの演じる悪役は過去のシリーズに登場したキャラクターではないオリジナルなキャラクターだ。」と明かした。

4月10日、ソフィア・ブテラが主役級のキャラクターを演じると報じられた[24]。7月上旬、キーンサー役のディープ・ロイの続投が決まった[25]。24日、ジョー・タルシムの出演が決まった[26]。8月18日、リディア・ウィルソン（英語版）が本作に出演すると報じられた[27]。
撮影

スタジオ側が脚本の出来に満足せず、複数回の修正を余儀なくされたため主要撮影の開始が遅れた[28]。