Peu après la fin de la poursuite de « l'Ange Rouge », Burnham se retrouve projetée dans le futur, 930 ans après la bataille contre « Contrôle », l'ordinateur omnipotent de Starfleet qui a failli anéantir toute vie dans l'univers. Mais arrivée sur place, elle apprend que la Fédération des planètes unies s'est effondré à la suite du « Grand Brasier » : un désastre d'ampleur galactique survenu 120 ans auparavant, qui a détruit la grande majorité des vaisseaux spatiaux — y compris ceux de Starfleet — en faisant sauter le dilitium qui leur sert de carburant. Avec l'arrivée du Discovery, elle se met en quête de ce qui reste de la Fédération et de Starfleet ; et tout aussi important, de l'origine du Grand Brasier...

Alors qu'ils sont transférés depuis les Philippines vers la Corée du Sud par un navire cargo, plusieurs dangereux criminels provoquent une violente émeute jusqu'à ce qu'un monstre non identifié sorte de son sommeil…

La série suit les aventures des membres d'équipages les moins notables (Beckett Mariner et Bradward Boimler) de l'USS Cerritos NCC-75567, le vaisseau le plus insignifiant de Starfleet, qui doivent accomplir leur devoir malgré les bouleversements causés par une multitude d'anomalies.