Au 23ème siècle, une entité extraterrestre, qui se fait appeler V'Ger, apparemment hostile, se dirige tout droit vers la Terre. L'Amiral Kirk est chargé par Starfleet de reconnaître l'entité et d'évaluer la menace. Il reprend alors les commandes de l'USS Enterprise, qu'il avait abandonnées, suite à sa promotion, et découvre un vaisseau entièrement nouveau. Le capitaine Will Decker, évincé de son commandement, accepte néanmoins de le seconder. Sur la route d'interception de l'entité, l'USS Enterprise accueille Spock qui revient de sa retraite sur Vulcain. Ensemble, ils vont tenter de comprendre ce que veut V'Ger et l'arrêter…