O femeie în vârstă de 100 de ani, Rose DeWitt Bukater, povestește despre călătoria ei pe celebrul vas Titanic. Ea împărtășește povestea cu nepoata ei, Lizzy Calvert, și cu un echipaj de bărbați interesați de naufragiul Titanicului. Membrii echipajului se numesc Brock Lovett, Lewis Bodine, Bobby Buell și Anatoly Mikailavich. Povestește în timp ce se află pe Keldysh. Bărbații se află pe Keldysh încercând să găsească un colier celebru numit "Inima Oceanului", despre care cred că s-a scufundat odată cu nava. Ea continuă să explice întreaga poveste, de la plecarea navei până la scufundarea Titanicului în prima (și ultima) călătorie, la ora 2:20 dimineața, pe 15 aprilie 1912. În cea mai mare parte a filmului, nu bătrâna Rose spune povestea, ci tânăra Rose o trăiește efectiv.
La 10 aprilie 1912, tânăra Rose se îmbarcă pe vasul Titanic împreună cu pasagerii din clasa superioară, mama ei, Ruth DeWitt Bukater, și logodnicul ei, Caledon "Cal" Hockley. Între timp, un vagabond și artist pe nume Jack Dawson și cel mai bun prieten al său, Fabrizio De Rossi, câștigă la un joc bilete la clasa a treia la bordul navei.
După ce a câștigat o călătorie pe RMS Titanic în timpul unui joc de cărți la docuri, americanul Jack Dawson o zărește pe fata mondenă Rose DeWitt Bukater, care se îndreaptă spre Philadelphia pentru a se căsători cu logodnicul ei bogat și snob, Cal Hockley. Rose se simte neajutorată de situația în care se află și se îndreaptă spre puntea din spate, gândindu-se la sinucidere, până când este salvată de Jack. Prin urmare, Cal este nevoit să-l invite pe Jack să ia masa la masa lor de la clasa întâi, unde suferă din cauza jignirilor snobilor de gazde. În schimb, el o duce pe Rose la clasa a treia pentru o seară de dans, oferindu-i un moment de neuitat. Hotărând să renunțe cu totul la viitorul pe care și-l dorea, Rose îi cere lui Jack, care își câștigă existența făcând schițe pe străzile Parisului, să o deseneze goală, purtând neprețuitul diamant albastru pe care i l-a dăruit Cal. Cal află și îl închide pe Jack. La scurt timp după gardă, nava lovește un iceberg și Rose trebuie să-l găsească pe Jack, în timp ce amândoi trebuie să fugă de Cal, chiar dacă nava se scufundă tot mai mult în apele înghețate.
În 1996, vânătorul de comori Brock Lovett și echipa sa au ajuns la cea mai faimoasă epavă a unei nave - RMS Titanic. Ieșind cu un seif despre care se crede că ar conține un diamant celebru numit "Inima Oceanului", el descoperă că în seif nu se află diamantul, ci un desen cu o tânără frumoasă care îl poartă. Mai târziu, când Lovett este intervievat la televiziune, el arată desenul în fața camerelor de filmat, iar Rose Dawson Calvert, acum în vârstă de 101 ani, recunoaște tânăra din desen - ea însăși. Împreună cu nepoata ei, Lizzy, îl vizitează pe Lovett pe nava sa de cercetare deasupra locului naufragiului și îi spune povestea Titanicului și a călătoriei sale inaugurale nefericite.
În 1912, Rose DeWitt Bukater, o tânără mondenă în vârstă de 17 ani, se îmbarcă în suitele de clasa întâi ale navei, împreună cu logodnicul ei, patronul Caledon Hockley, magnat al oțelului din Pittsburgh, și cu mama ei, Ruth DeWitt Bukater, în Southampton. De asemenea, se îmbarcă și artistul sărac Jack Dawson și cel mai bun prieten al său, Fabrizio De Rossi, după ce un joc de poker norocos îi face să câștige un loc la cală. Când Rose încearcă să se sinucidă, sărind de la pupa de la clasa a treia, Jack o trage înapoi pe navă... și o legătură se creează între ei, deoarece Jack este invitat de ea la clasa întâi a doua zi. Mama lui Rose și Cal încearcă măsuri disperate pentru a-i despărți, în timp ce Jack și Rose se îndrăgostesc, până când Titanicul se ciocnește de un iceberg și este grav avariat. Acum, Jack și Rose trebuie să lupte pentru a rămâne în viață, în timp ce iubirea lor pasională devine o luptă pentru supraviețuire, dar Jack moare în cele din urmă înghețat din cauza faptului că a petrecut prea mult timp în apa extrem de rece.