Quando a série original foi cancelada em 1969, seu criador, Gene Roddenberry, tentou convencer a Paramount Pictures a continuar a franquia através de um filme. O sucesso da série nas reprises convenceu o estúdio a começar os trabalhos para um filme em 1975. Um time de roteiristas foi chamado para criar um épico roteiro, porém suas tentativas frustraram a Paramount, que cancelou o projeto em 1977. Em vez de um filme, a Paramount planejou o retorno da franquia a suas origens com a série de televisão Star Trek: Phase II. Com o sucesso de Close Encounters of the Third Kind, os executivos da Paramount se convenceram que um filme de ficção científica, diferente de Star Wars, poderia se sair bem na bilheteria. Assim, o estúdio cancelou Star Trek: Phase II e recomeçou os trabalhos no filme de Star Trek. Em 1978 a Paramount reuniu a maior coletiva de imprensa da história do estúdio desde a década de 1950 para anunciar que o Diretor Robert Wise, duas vezes vencedor do Oscar, iria dirigir um filme baseado na série.

Com o cancelamento da nova série, os roteiristas correram para adaptar o planejado episódio piloto de Phase II, "In Thy Image", em um filme. A Enterprise foi modificada dentro e fora, o figurinista Robert Fletcher criou novos uniformes e o diretor de arte Harold Michelson construiu novos cenários. Jerry Goldsmith compôs a trilha sonora do filme, iniciando sua associação com Star Trek que iria durar até 2002. Quando a companhia originalmente contratada para produzir os efeitos especiais do filme falhou em cumprir seus trabalhos a tempo, o supervisor de efeitos especiais Douglas Trumbull recebeu carta branca para criar os efeitos até o lançamento em dezembro de 1979. O filme foi editado a apenas alguns dias de sua estreia.