Μια 100χρονη γυναίκα με το όνομα Rose DeWitt Bukater αφηγείται μια ιστορία για το ταξίδι της στο διάσημο πλοίο Τιτανικός. Μοιράζεται την ιστορία με την εγγονή της, τη Lizzy Calvert, και μια ομάδα ανδρών που ενδιαφέρονται για το ναυάγιο του Τιτανικού. Τα μέλη του πληρώματος ονομάζονται Brock Lovett, Lewis Bodine, Bobby Buell και Anatoly Mikailavich. Αφηγείται την ιστορία ενώ βρίσκεται στο Keldysh. Οι άνδρες βρίσκονται στο Keldysh προσπαθώντας να βρουν ένα διάσημο περιδέραιο που ονομάζεται "Η καρδιά του ωκεανού" και το οποίο πιστεύουν ότι βυθίστηκε μαζί με το πλοίο. Συνεχίζει να εξηγεί όλη την ιστορία από την αναχώρηση του πλοίου μέχρι τη βύθιση του Τιτανικού στο πρώτο (και τελευταίο) ταξίδι του στις 2:20 τα ξημερώματα της 15ης Απριλίου 1912. Το μεγαλύτερο μέρος της ταινίας δεν είναι η Old Rose που διηγείται την ιστορία, αλλά η Young Rose που ζει πραγματικά την ιστορία.
Στις 10 Απριλίου 1912, η νεαρή Ρόουζ επιβιβάζεται στο πλοίο Τιτανικός μαζί με τους επιβάτες της ανώτερης κατηγορίας, τη μητέρα της, Ρουθ Ντεγουίτ Μπουκάτερ, και τον αρραβωνιαστικό της, Κάλεντον "Καλ" Χόκλεϊ. Εν τω μεταξύ, ένας περιπλανώμενος και καλλιτέχνης ονόματι Τζακ Ντόσον και ο καλύτερός του φίλος Φαμπρίτσιο Ντε Ρόσι κερδίζουν εισιτήρια τρίτης θέσης για το πλοίο σε ένα παιχνίδι.
Αφού κερδίζει ένα ταξίδι με το RMS Titanic κατά τη διάρκεια ενός παιχνιδιού χαρτιών στην προκυμαία, ο Αμερικανός Jack Dawson εντοπίζει την κοσμική κοπέλα Rose DeWitt Bukater, η οποία βρίσκεται καθ' οδόν προς τη Φιλαδέλφεια για να παντρευτεί τον πλούσιο σνομπ αρραβωνιαστικό της Cal Hockley. Η Ρόουζ αισθάνεται αβοήθητη παγιδευμένη από την κατάστασή της και κατευθύνεται προς το πρυμναίο κατάστρωμα και σκέφτεται να αυτοκτονήσει μέχρι που τη σώζει ο Τζακ. Έτσι, ο Καλ αναγκάζεται να καλέσει τον Τζακ να δειπνήσει στο τραπέζι της πρώτης θέσης, όπου υποφέρει από τις προσβολές των σνομπ οικοδεσποτών του. Σε αντάλλαγμα, παρασύρει τη Ρόουζ στην τρίτη θέση για μια βραδιά χορού, χαρίζοντάς της τον καλύτερο χρόνο της ζωής της. Αποφασίζοντας να εγκαταλείψει εντελώς το μέλλον που σχεδίαζε, η Ρόουζ ζητά από τον Τζακ, ο οποίος βγάζει τα προς το ζην κάνοντας σκίτσα στους δρόμους του Παρισιού, να τη ζωγραφίσει γυμνή φορώντας το ανεκτίμητης αξίας μπλε διαμάντι που της έχει χαρίσει ο Καλ. Ο Καλ το ανακαλύπτει και κλείνει τον Τζακ μέσα. Λίγο μετά τους θαλάμους, το πλοίο προσκρούει σε παγόβουνο και η Ρόουζ πρέπει να βρει τον Τζακ, ενώ και οι δύο πρέπει να τρέξουν να ξεφύγουν από τον Καλ, ακόμη και όταν το πλοίο βυθίζεται όλο και πιο βαθιά στα παγωμένα νερά.
Το 1996, ο κυνηγός θησαυρών Brock Lovett και η ομάδα του έφτασαν στο πιο διάσημο ναυάγιο όλων - το RMS Titanic. Αναδυόμενος με ένα χρηματοκιβώτιο που πιστεύεται ότι περιέχει ένα διάσημο διαμάντι που ονομάζεται "Καρδιά του Ωκεανού", ανακαλύπτει ότι το χρηματοκιβώτιο δεν περιέχει το διαμάντι, αλλά το σκίτσο μιας όμορφης νεαρής γυναίκας που το φοράει. Όταν αργότερα ο Λόβετ παίρνει συνέντευξη στην τηλεόραση, δείχνει το σχέδιο στις κάμερες και η Ρόουζ Ντόσον Κάλβερτ, 101 ετών σήμερα, αναγνωρίζει τη νεαρή γυναίκα στο σχέδιο - τον εαυτό της. Η ίδια και η εγγονή της Lizzy επισκέπτονται τον Lovett στο ερευνητικό του πλοίο πάνω από το σημείο του ναυαγίου και διηγείται την ιστορία του Τιτανικού και του άτυχου παρθενικού του ταξιδιού.
Το 1912, η 17χρονη κοσμική κοπέλα Rose DeWitt Bukater επιβιβάζεται στις σουίτες της πρώτης θέσης του πλοίου μαζί με τον αρραβωνιαστικό της, τον μεγιστάνα ιδιοκτήτη του Pittsburgh Steel, Caledon Hockley, και τη μητέρα της, Ruth DeWitt Bukater, στο Σαουθάμπτον. Επιβιβάζονται επίσης ο φτωχός καλλιτέχνης Τζακ Ντόσον και ο καλύτερός του φίλος Φαμπρίτσιο Ντε Ρόσι, αφού μια τυχερή παρτίδα πόκερ τους κερδίζει στην καμπίνα των επιβατών. Όταν η Ρόουζ επιχειρεί να αυτοκτονήσει πηδώντας από την πρύμνη της τρίτης θέσης, ο Τζακ την τραβάει πίσω στο πλοίο... και δημιουργείται ένας δεσμός μεταξύ τους, καθώς η Ρόουζ προσκαλεί τον Τζακ στην πρώτη θέση την επόμενη μέρα. Η μητέρα της Ρόουζ και ο Καλ προσπαθούν με απεγνωσμένα μέτρα να τους κρατήσουν μακριά, καθώς ο Τζακ και η Ρόουζ ερωτεύονται, μέχρι που ο Τιτανικός συγκρούεται με παγόβουνο και παθαίνει σοβαρές ζημιές. Τώρα ο Τζακ και η Ρόουζ πρέπει να παλέψουν για να παραμείνουν ζωντανοί, καθώς το παθιασμένο τους ειδύλλιο μετατρέπεται σε αγώνα επιβίωσης, αλλά ο Τζακ τελικά παγώνει μέχρι θανάτου εξαιτίας της πολύωρης παραμονής του σε εξαιρετικά κρύο νερό.