W zwiastunach filmu narratorem był Orson Welles.
Kandydatami do roli Deckera byli Andrew Robinson, Jordan Clarke, Richard Kelton, Lance Henriksen, Tim Thomerson, Stephen Macht, Art Hindle i Frederic Forrest.
Większość ujęć powstała w dekoracji zbudowanej na parkingu przed halą zdjęciową Paramountu, dokładnie w tym samym miejscu, w którym 33 lata wcześniej Cecil B. DeMille kręcił rozstąpienie się Morza Czerwonego w "Dziesięciorgu przykazaniach".
Zdjęcia kręcono w studiach Paramount w Los Angeles (Kalifornia, USA) oraz w Parku Narodowym Yellowstone (Wyoming, USA).
W 1983 roku zaprezentowano telewizyjną wersję filmu. Przywrócono w niej sceny, które zostały usunięte zarówno z oryginalnej wersji kinowej, jak i wersji reżyserskiej.
Robert Wise zmienił dialog informujący, że V'ger ma średnicę 82 jednostek astronomicznych (jednostka astronomiczna - odległość Ziemi od Słońca, czyli ok. 150 mln km), na o wiele bardziej wiarygodne 2 jednostki.
Fragment końcowej eksplozji wykorzystano ponownie w odcinku "Tin Man" serialu "Star Trek: Następne pokolenie".
Obraz Jowisza, mijanego przez Enterprise, był namalowany wg najnowszych zdjęć, dostarczonych przez sondę Voyager. Ciekawostką jest, że sam Voyager pojawił się w końcówce filmu.
Jak wspomina reżyser Robert Wise, "Star Trek. The Motion Picture" był jedynym z 40 reżyserowanych przez niego filmów, który nie miał jakichkolwiek próbnych pokazów. Ze względu na szaleńcze tempo pracy, podporządkowane dacie premiery, nie wysuszone kopie filmu, prosto z laboratorium, ładowano do samolotów, które rozwoziły je do wszystkich premierowych kin w USA.
Aż trzy tygodnie zajęły przygotowania i nakręcenie ujęcia otwierającego film - długiej, przyprawiającej o zawrót głowy prezentacji trzech statków Klingonów. W rzeczywistości zbudowano tylko jeden model, który dwa razy nieco przecharakteryzowywano, by udawał pozostałe dwa statki.
Efekt akcji dziejących ze wnętrzu statków kosmicznych, a widocznych "z zewnątrz" poprzez okna, uzyskano w ten sposób, że w modelach statków umieszczano maleńkie projektory, wyświetlające wcześniej nagrane sceny aktorskie.
Model Enterprise miał 3 metry długości i był wykonany z usztywnionego aluminium. Posiadał także własne oświetlenie. Oprócz tego korzystano także z kilkunastocentymetrowego drugiego modelu, używanego do kilku ujęć wewnątrz planety V'gera.
W filmie na szeroką skalę stosowano technikę matte-painting, czyli malowanych obrazów, wkopiowywanych w gotowy film, celem "poszerzenia" scenografii o nieistniejące na planie elementy.
Krajobrazy planety V'gera nakręcono przy pomocy sześciu ponad dwumetrowych modeli, wykonanych m.in. z żywicy, szkła, plastiku i rzeźbionego mosiądzu. Efekt "nieba" wykonano przy pomocy lasera, co było jednym z pierwszych zastosowań tego urządzenia w filmie fabularnym.
Pierścienie, przez które przelatuje Spock, nakręcono przy użyciu tylko jednego rekwizytu, który następnie powielono.
Dowódcę Klingonów zagrał Mark Lenard, który w oryginalnym serialu grał zarówno dowódcę Romulanów, jak i Sareka - ojca Spocka. Natomiast język Klingończyków został wymyślony przez Jamesa Doohana, czyli Scotty'ego z załogi Enterprise.
Na Vulcanie, w scenie niedoszłego zawieszenia na szyi Spocka Kolinahru, aktorzy mówili po angielsku, dopiero w postprodukcji zdubbingowano ich fikcyjnym językiem Wulkanitów, dodając angielskie napisy.
W pierwszej wersji filmu Chekov miał zostać zabity przez pocisk V'gera. W trakcie realizacji filmu została jednak dopisana scena, w której zostaje on uratowany przez telepatyczne zdolności Ilii.
Zdjęcia kręcono od 7 sierpnia 1978 roku do 26 stycznia 1979 roku.