Rolę Johna Harrisona zaproponowano Benicio Del Toro, ale ten odmówił, gdyż nie odpowiadały mu warunki umowy. W jego miejsce przymierzani później byli Demián Bichir, Édgar Ramírez i Jordi Mollà.
Hayley Atwell i Teresa Palmer ubiegały się o rolę Dr Carol Marcus.
Mickey Rourke był rozważany do roli Khana Nooniena Singha.
Gdy statek Enterprise utracił sterowność, Spock i Sulu aktywowali swoje pasy bezpieczeństwa. Pas, który wówczas miał założony Sulu, pojawia się i znika pomiędzy ujęciami.
W kilku scenach, pasy bezpieczeństwa na pokładzie Enterprise, nie są do niczego przymocowane.
Zdjęcia kręcono w Los Angeles, Livermore oraz Garden Grove (Kalifornia, USA).
Film jest pierwszym w historii całej serii, który kręcono również poza USA. Zdjęcia do obrazu powstały na terenie Islandii.
Jest to pierwszy film w historii, który został nakręcony w formacie przeznaczonym dla kin IMAX, a następnie skonwertowany do technologii 3D na etapie postprodukcji.
Kręcenie zdjęć do filmu rozpoczęto 12 stycznia, a zakończono 8 maja 2012 roku.
Benedict Cumberbatch swoje zdjęcia próbne nagrał iPhonem w kuchni u kolegi.