本作は、ジーン・ロッデンベリーの番組制作会社であるノルウェー・コーポレーション
（英語版）とデシル・プロダクションとの提携によって制作され、1966年9月よりNBC系列で放送が開始された。1968年1月以降はデシル・プロダクションを買収したパラマウント・テレビジョン（英語版）が制作と提携を引き継いでいる。（「スタートレック#作品が世に出るまで」も参照）放映当時は視聴率が伸び悩み、第2シーズンでの打ち切りが囁かれるほどであった。ファンによる手紙での継続嘆願運動などにより、辛うじて第3シーズンへ継続できたものの[5]、放映時間の変更や予算削減、それに伴う内容の方針転換から更なる視聴率の低下を招き、結局このシーズンで打ち切りが決定し[6]、1969年6月に放送を終了した。しかしその後、番組販売による再放送が始まると、次第にアメリカ全土でファンを獲得し、ニューヨークなどの大都市でコンベンションが開かれるなど、カルトクラシックの地位を獲得しつつ大衆文化に影響を与えるに至った[7]。
本作の版権を持っていたパラマウント映画では、ロッデンベリーに続編の制作を依頼し、テレビアニメ『まんが宇宙大作戦』が1973年9月から放送されるも[8]、依然として実写でのシリーズ復活を求めるファンの声は大きかった。1975年5月、ロッデンベリーはパラマウント映画と映画制作の契約を結び"Star Trek: The God Thing"の企画が立ち上がるが、宗教色の強い内容にパラマウント映画が難色を示したためこの企画は消滅した[9]。1976年9月、新たに雇われた脚本家達によって"Star Trek: Planet of the Titans"の企画が立ち上がるが、この企画もまた草稿台本に了承が出ずに消滅している[10]。1977年にはテレビドラマ『スタートレック:フェイズII』の企画が立ち上がり、1978年春からの放送がパラマウント・テレビジョン・サービスによって告知される。ところが、同年より『スター・ウォーズ』の大ヒットを契機としたSF映画ブームが生じたため、改めて映画へ企画が再変更され、1979年12月、映画第1作『スター・トレック』として公開されるに至った。この映画第1作は莫大な制作費の回収さえ至らなかったものの、パラマウント映画が制作費を抑えつつ続編を企画するには十分で、その後も映画が継続して作られるようになった。（「スタートレックの映画作品」も参照） 本作は、西部開拓ドラマの宇宙版として構想されたため[11]、スペース・ウェスタンの要素が含まれている。また、従来のSFドラマに比べ人間ドラマの要素が濃いことから、普遍的なテーマを扱うことが多い。登場人物に、アメリカ人、アフリカ民族、スコットランド人、ロシア人、アジア人など各民族を配し、女性も主要キャラクターに含めるなど、差別のない時代を描いている。特に、ニシェル・ニコルズ演じるウフーラは、アフリカのバンツー族出身で艦隊士官という設定であったため、黒人への差別意識が根強かった放送当時は画期的なキャラクターとして捉えられた。黒人達の中でも、とりわけ黒人女性達に大きな希望を与えたといわれている[注 3]。また、第65話「キロナイドの魔力
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