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（英語版）」における白人と黒人のキスシーンは、当時としては常識破りであったため、物議を醸した[15][16]。
デジタルリマスター版

2006年には、アメリカでの放送40周年を記念して、デジタルリマスター版の制作と放送がCBSパラマウントテレビジョンによって同時に進められた[17][18]。劣化したフィルムに画像処理と音響処理を施し、特撮シーンはCGに置き換えて再合成されたもので、制作を終える2009年まで2シーズンに分けて放送された[19][20]。日本では2007年にNHKBS2が初めて放送し[21]、その後はスーパー!ドラマTV等にて放送が続けられている。現在では放送や動画配信の大半がデジタルリマスター版に切り替わっており、当時の特撮シーンを視聴できないという点で注意を要する。なお、特撮シーンの差し替えが行われていないバージョンも存在し、デジタルリマスター版ブルーレイでは両者を切り替えて視聴することが可能になっている。
ストーリースポック（左）とカーク（右）、下部に写るのが宇宙船U.S.S.エンタープライズ号の模型。

舞台は23世紀（2260年代）の天の川銀河。超光速航行技術を開発した地球人はバルカン人[注 4]など複数の種族と共に惑星連邦を結成している。その惑星連邦を防衛し、深宇宙探査・外交・巡視・救難などあらゆる任務を行うのが宇宙艦隊であり、その宇宙艦隊の最新鋭艦が、船長のジェームズ・T・カーク（ウィリアム・シャトナー）、副長兼科学士官のスポック（レナード・ニモイ）、医療主任のレナード・マッコイ（デフォレスト・ケリー）らが乗り組む宇宙船U.S.S.エンタープライズ号である。

オープニング映像の初めに、カーク船長を演じるウィリアム・シャトナーが任務の目的を語る。

「Space: the final frontier. These are the voyages of the starship Enterprise. Its five-year mission: to explore strange new worlds, to seek out new life and new civilizations, to boldly go where no man has gone before.」

日本での放映時には以下の意訳がなされ、吹替は若山弦蔵が担っている。

「宇宙、それは人類に残された最後の開拓地である。そこには人類の想像を絶する新しい文明、新しい生命が待ち受けているに違いない。これは人類最初の試みとして5年間の調査飛行に飛び立った、宇宙船U.S.S.エンタープライズ号の驚異に満ちた物語である。」

登場人物
レギュラー

詳細は各個別記事を参照。

ジェームズ・T・カーク（ウィリアム・シャトナー） - 船長（大佐）。地球人男性。

スポック（レナード・ニモイ） - 副長兼科学主任（中佐）。バルカン人と地球人のハーフ、男性。

レナード・マッコイ（デフォレスト・ケリー） - 医療主任（少佐）。地球人男性。

モンゴメリー・スコット（ジェームズ・ドゥーアン） - 機関主任（少佐）。地球人男性。日本語版での呼称はチャーリー。

ウフーラ（ニシェル・ニコルズ） - 通信士官（中尉）。地球人女性。日本語版での呼称はウラ。

ヒカル・スールー（ジョージ・タケイ） - 主任ナビゲーター（大尉）。地球人男性。日本語版での呼称はカトウ（カトー）。

パヴェル・チェコフ（ウォルター・ケーニッグ） - ナビゲーター（少尉）。地球人男性。第2シーズン以降に登場。

カーク

スポック

マッコイ

スコット
（チャーリー）

ウフーラ
（ウラ）

スールー
（カトウ）

チェコフ

準レギュラー

クリスティン・チャペル（英語版）（メイジェル・バレット） - 全シーズンを通して25エピソードに登場。看護師[注 5]。地球人女性。

ジャニス・ランド（英語版）（グレース・リー・ホイットニー（英語版）） - 第1シーズン内の8エピソードに登場。