企业号演员班底延续过去强大的阵容，由派屈克史都华饰演毕卡舰长并参予助理制作、强纳森费克斯饰演瑞克副舰长并担任导演、布兰特史宾纳饰演戴达中尉、勒瓦博顿饰演拉佛中尉、麦克德恩饰演渥夫中尉、盖姿梅菲顿饰演克雪医官、玛琳娜瑟蒂丝饰演特洛伊中尉。新加入的演员有奥斯卡影帝墨瑞亚伯拉罕饰演瑟纳首领鲁阿弗、两度东尼奖影后唐娜墨菲饰演巴库女子安妮、艾美奖得主安东尼瑟比饰演杜尔迪司令。本片剧情描述两个截然不同的星球与外星人，一个是崇尚自然、长生不老的巴库人；一个是科技先进、面临老化的瑟纳人。在剧中安妮与毕卡舰长产生了微妙的情愫，饰演安妮的唐娜墨菲表示：「我很荣幸能参与演出，因为剧中的角色广受影迷喜爱，演员间相处默契良好，就像一家人，他们真诚的欢迎我的加入。」饰演鲁阿弗的亚伯拉罕表示：「鲁阿弗担心青春不在，就像一般人一样反应出恐惧老化的心态，只是他渴望年轻的程度到了几近疯狂的地步。派屈克史都华与我都是以舞台剧起家，飙起戏来十分过瘾。」饰演杜尔迪司令的安东尼瑟比表示：「杜尔迪的角色有些许政治意味，认为伤害六百人能使上亿人获利是值得的，但毕卡不以为然。片中有令人炫目的科技特效，幻想中的明日世界，并探讨人性为利己而牺牲他人的弱点。」

　　毕卡舰长为了正义，为了不违背当初立下的誓言，毅然决定反抗联邦总部所下的命令。饰演克雪医官的盖姿梅菲顿表示：「我所饰演的角色曾多次抗命，因为我身为医生，医生的职责就是拯救性命，不论遭遇任何情况，都是以救人为优先。」饰演特洛一中尉的玛琳娜瑟蒂斯表示：「我是代表组员表态反抗这种作为，星际舰队要我们撤退，不要干预，可见星际舰队也参与这项阴谋，我们反对这种作为，于是企业号组员决定纠正星际舰队的错误，力争到底。」