Storočná žena menom Rose DeWitt Bukaterová rozpráva príbeh o svojej plavbe na slávnej lodi Titanic. O príbeh sa delí so svojou vnučkou Lizzy Calvertovou a skupinou mužov, ktorí sa zaujímajú o vrak Titanicu. Členovia posádky sa volajú Brock Lovett, Lewis Bodine, Bobby Buell a Anatolij Mikailavič. Príbeh rozpráva počas plavby na lodi Keldysh. Muži sa na lodi Keldysh snažia nájsť slávny náhrdelník s názvom "Srdce oceánu", o ktorom si myslia, že sa potopil spolu s loďou. Ďalej vysvetľuje celý príbeh od vyplávania lode až po potopenie Titanicu počas jeho prvej (a poslednej) plavby 15. apríla 1912 o 2:20 ráno. Väčšinu filmu nevyrozpráva príbeh Stará Rose, ale Mladá Rose, ktorá ho skutočne prežíva.
10. apríla 1912 sa mladá Rose nalodí na loď Titanic spolu s cestujúcimi vyššej triedy, svojou matkou Ruth DeWitt Bukaterovou a jej snúbencom Caledom "Calom" Hockleym. Medzitým tulák a umelec Jack Dawson a jeho najlepší priateľ Fabrizio De Rossi vyhrajú v hre lístky do tretej triedy na loď.
Po tom, čo Američan Jack Dawson vyhrá výlet na lodi RMS Titanic počas kartovej hry v prístave, zbadá spoločenské dievča Rose DeWitt Bukaterovú, ktorá je na ceste do Philadelphie, aby sa vydala za svojho bohatého snobského snúbenca Cala Hockleyho. Rose sa cíti bezmocne uväznená vo svojej situácii, dostane sa na zadnú palubu a uvažuje o samovražde, kým ju nezachráni Jack. Cal je preto nútený pozvať Jacka na večeru k ich stolu v prvej triede, kde trpí ústrky svojich snobských hostiteľov. Na oplátku odprevadí Rose do tretej triedy na večer plný tanca, kde jej dopraje život. Rose sa rozhodne, že sa úplne vzdá svojej plánovanej budúcnosti, a požiada Jacka, ktorý sa živil kreslením náčrtov v parížskych uliciach, aby ju nakreslil nahú s neoceniteľným modrým diamantom, ktorý jej dal Cal. Cal to zistí a dá Jacka zavrieť. Krátko po oddieloch loď narazí na ľadovec a Rose musí nájsť Jacka, zatiaľ čo obaja musia utekať pred Calom, aj keď sa loď ponára hlbšie do ľadovej vody.
V roku 1996 sa hľadač pokladov Brock Lovett a jeho tím dostali k najslávnejšiemu vraku lode - RMS Titanic. Keď sa objaví so sejfom, o ktorom sa predpokladá, že obsahuje slávny diamant nazývaný "Srdce oceánu", zistí, že v sejfe nie je diamant, ale kresba krásnej mladej ženy, ktorá ho nosí. Keď Lovett neskôr robí rozhovor v televízii, ukáže kresbu kamerám a Rose Dawsonová Calvertová, teraz 101-ročná, spozná mladú ženu na kresbe - samu seba. Spolu so svojou vnučkou Lizzy navštívi Lovetta na jeho výskumnej lodi nad vrakoviskom a rozpráva jej príbeh o Titanicu a jeho nešťastnej prvej plavbe.
V roku 1912 nastúpi 17-ročná spoločenská dievčina Rose DeWitt Bukaterová so svojím snúbencom, majiteľom Pittsburgh Steel Caledom Hockleym, a matkou Ruth DeWitt Bukaterovou do prvej triedy v Southamptone. Na palubu sa nalodí aj chudobný umelec Jack Dawson a jeho najlepší priateľ Fabrizio De Rossi po tom, čo im šťastná hra pokru vyhrá miesto v kajute. Keď sa Rose pokúsi spáchať samovraždu skokom z kormy v tretej triede, Jack ju vytiahne späť na loď... a vytvorí sa medzi nimi puto, pretože na druhý deň Jack dostane od nej pozvanie do prvej triedy. Roseina matka a Cal sa zúfalo snažia udržať ich od seba, kým sa Jack a Rose do seba zamilujú, až kým Titanic nenarazí na ľadovec a nie je kriticky poškodený. Teraz musia Jack a Rose bojovať o prežitie, pretože ich vášnivý románik sa stáva bojom o prežitie, ale Jack nakoniec zamrzne v dôsledku príliš dlhého pobytu v extrémne studenej vode.