• Sonequa Martin-Green como Michael Burnham
• Doug Jones como Saru
• Anthony Rapp como Paul Stamets
• Mary Wiseman como Sylvia Tilly
• Wilson Cruz como Hugh Culber
• Blu del Barrio como Adira Tal
• Callum Keith Rennie como Rayner
• David Ajala como Cleveland "Book" Booker

• Eve Harlow como Moll
• Elias Toufexis como L'ak

El desarrollo de una quinta temporada de Star Trek: Discovery había comenzado en marzo de 2020, cuando se estaba trabajando en la cuarta temporada, para permitir que las dos temporadas se filmaran consecutivamente, ^[2]​ pero estos planes fueron alterados por la pandemia de COVID-19. En octubre, el productor ejecutivo y co-showrunner Alex Kurtzman dijo que quedaban "años y años en Discovery" y señaló el precedente de varias series anteriores de Star Trek que duraron siete temporadas cada una. ^[3]​ Paramount+ ordenó oficialmente una quinta temporada de 10 episodios en enero de 2022, con el recuento de episodios reducido con respecto a temporadas anteriores para alinearlo con las otras series de Star Trek del servicio. ^[4]​ En marzo de 2023, Paramount anunció que la temporada sería la última de la serie, ^[5]​ lo que fue una sorpresa para el elenco y el equipo. ^[6]​ La decisión se produjo en medio de una reducción de costos para el contenido de transmisión de Paramount. ^[7]​

Kurtzman declaró en octubre de 2020 que todas las temporadas posteriores a la tercera seguirían ambientadas en el siglo 32. ^[8]​ La co-showrunner Michelle Paradise indicó en agosto de 2021 que la escritura de la quinta temporada aún no había comenzado. ^[9]​Los escritores estaban "en pleno apogeo" en marzo de 2022, trabajando simultáneamente con la postproducción de la cuarta temporada, ^[10]​ y se habían escrito algunos guiones para la quinta temporada cuando se lanzó el final de la cuarta temporada el 17 de marzo. ^[11]​ Paradise estaba trabajando en el guion del final de temporada a finales de agosto de 2022,  y lo completó el 12 de septiembre. ^[12]​

El productor ejecutivo y director de producción Olatunde Osunsanmi dijo que la quinta temporada se inspiraría más en sus temas y enfoque narrativo de Star Trek: The Original Series y Star Trek: The Next Generation que las temporadas anteriores, y presentaría "más exploración y más aventuras". ^[13]​ El frecuente director de Star Trek Jonathan Frakes dijo que la temporada tenía un estilo de acción y aventuras inspirado en la franquicia de Indiana Jones en lugar del tono "heavy emo" de la cuarta temporada, e indicó que este cambio era un mandato de los estudios que los showrunners y el elenco se habían abrazado; el elenco y el equipo se refirieron a ella como "la temporada de aventuras". ^[14]​ La historia de la temporada sigue al USS Discovery en una aventura galáctica para encontrar un poder misterioso que ha estado oculto durante siglos y que otros grupos peligrosos también están buscando.

La temporada está protagonizada por Sonequa Martin-Green que regresa como Michael Burnham, Doug Jones como Saru, Anthony Rapp como Paul Stamets, Mary Wiseman como Sylvia Tilly, Wilson Cruz como Hugh Culber, Blu del Barrio como Adira Tal y David Ajala como Cleveland "Book" Booker. A ellos se une Callum Keith Rennie como Rayner, un capitán de la Flota Estelar en tiempos de guerra que lucha por adaptarse a la paz. El casting de Rennie se anunció en octubre de 2022, junto con los invitados recurrentes Eve Harlow y Elias Toufexis como la pareja de forajidos Moll y L'ak. También regresan de temporadas anteriores Oded Fehr como Charles Vance, Chelah Horsdal como Laira Rillak, Tara Rosling como T'Rina, David Cronenberg como Kovich, y Tig Notaro como Jett Reno.

La serie está filmada en Pinewood Toronto Studios en Toronto, Canadá. La preproducción de la temporada comenzó en marzo de 2022. Osunsanmi dijo que la temporada continuaría usando el video wall que se construyó para la producción virtual en la cuarta temporada, y que el equipo aprovecharía las lecciones aprendidas sobre la tecnología la primera vez que la usaron. El rodaje de la quinta temporada comenzó el 13 de junio de 2022, ^[15]​ y finalizó el 20 de noviembre. ^[16]​ Frakes dirigió la primera mitad del final y Osunsanmi dirigió la segunda mitad. Osunsami realizó dos o tres días de filmación adicional en abril de 2023 para actualizar el último episodio de la temporada para que pudiera servir mejor como final de la serie. ^[17]​ Paradise dijo que no necesitaban hacer ningún cambio en el resto de la temporada y sintió que las audiencias que no sabían que hicieron estos cambios creerían que la temporada siempre tuvo la intención de ser la última. ^[18]​

Para celebrar el "Día de Star Trek" el 8 de septiembre de 2022, se lanzó un video de Cruz dando un recorrido por el set durante el rodaje del cuarto episodio de la temporada. La temporada fue promocionada durante el panel "Star Trek Universe" en la New York Comic Con en octubre, con Rapp y Cruz discutiendo la temporada junto con los productores ejecutivos Kurtzman, Paradise y Rod Roddenberry. Martin-Green se unió al panel virtualmente desde el set para presentar un avance de la temporada que presentó a nuevos miembros importantes del elenco. ^[19]​ Justin Carter de Gizmodo dijo que el adelanto era breve y parecía estar influenciado principalmente por Indiana Jones. ^[20]​ Samantha Coley de Collider dijo que el avance no revelaba mucho sobre la trama, pero sentía que tenía una "fuerte corriente subyacente de deleite" que la cuarta temporada no tenía. Coley dijo que esta podría ser la temporada más divertida desde la inclusión de Christopher Pike en la segunda temporada.^[19]​

Con el anuncio de que esta sería la última temporada, Paramount dijo que habría eventos en todo el mundo para celebrar la serie durante el próximo año. Sin embargo, el elenco y el equipo no pudieron participar en el marketing durante la huelga del Writers Guild of America de 2023, que comenzó en mayo de 2023, y la huelga SAG-AFTRA de 2023, que comenzó en julio. ^[21]​ Paramount lanzó un clip extendido de la temporada, presentando a sus nuevos personajes recurrentes, en el panel Star Trek Universe en la Comic-Con de San Diego a fines de julio; ^[22]​ el panel no incluyó miembros del elenco ni del equipo. ^[23]​ Kurtzman habló brevemente sobre la temporada en un panel de Star Trek Universe en la Comic Con de Nueva York en octubre, poco después de que terminara la huelga de escritores, pero el panel se centró principalmente en proyectos que no se vieron afectados por las huelgas. ^[24]​ La huelga de SAG-AFTRA terminó en noviembre, lo que permitió al elenco participar en el marketing en el futuro. ^[25]​ Más tarde ese mes, Martin-Green habló sobre la serie en un panel "Mujeres en la ciencia ficción" en Fan Expo: San Francisco. ^[26]​ Promocionó la serie con Paradise en CCXP en diciembre, donde se lanzó otro clip. ^[27]​

Se lanzó un avance completo de la temporada durante el IGN Fan Fest en febrero de 2024. Martin-Green, Jones, Cruz y Rapp hablaron sobre la serie como parte del evento. ^[28]​ Cheryl Eddy de Gizmodo destacó el enfoque del tráiler en las "despedidas", ^[29]​ mientras que John Orquiola de Screen Rant señaló que el tráiler se centra en los nuevos personajes de la temporada. ^[30]​ El primer episodio de la temporada se estrenó en SXSW a mediados de marzo ^[31]​ y también se mostrará en WonderCon a finales de mes. Paradise habló sobre la serie en ambos eventos con diferentes miembros del elenco y el equipo; Cruz, quien no pudo regresar para la filmación adicional, dijo que promocionar la serie con el elenco fue catártico. ^[32]​

Originalmente se esperaba que la temporada se estrenara en Paramount+ en los Estados Unidos a principios de 2023, ^[33]​ pero esto se retrasó hasta principios de 2024 cuando se reveló que la temporada sería la última de la serie. La temporada se estrenó el 4 de abril de 2024, con sus dos primeros episodios. Los otros ocho episodios se publican semanalmente. Además de en EE. UU., la temporada se estrenará en Paramount+ en el Reino Unido, Suiza, Corea del Sur, América Latina, Alemania, Francia, Italia, Australia, Austria y Canadá. La serie también se transmite por el canal CTV Sci-Fi en Canadá. ^[34]​

Collider nombró la temporada como una de las series más esperadas de 2024. ^[35]​ El sitio del agregador de reseñasRotten Tomatoes informó una aprobación del 88% según 17 reseñas. El consenso crítico del sitio web dice: "Iluminándose justo a tiempo para un último viaje, Star Trek: Discovery concluye con una búsqueda que envía a esta tripulación en particular de manera apasionante".^[36]​