7-letnia Rose i jej narzeczony Caledon Hockley podróżują luksusowym transatlantykiem do Filadelfii. Dziewczyna, znudzona towarzystwem ludzi z wyższych sfer, załamana wizją małżeństwa z rozsądku, nosi się z zamiarem popełnienia samobójstwa. Od wykonania ostatecznego kroku odwodzi ją podróżujący trzecią klasą Jack Dawson, utalentowany obieżyświat. Jack odbiera podziękowania za odwagę, a Caledon ofiarowuje narzeczonej najdroższy diament świata, „Serce Oceanu”. Pomiędzy Rose a Jackiem rodzi się miłość, której kres kładzie katastrofa statku.
Opis szczegółowy Akcja filmu rozpoczyna się w latach dziewięćdziesiątych XX wieku. Grupa zawodowych poszukiwaczy skarbów w zatopionych statkach, na czele z Brockiem Lowettem, usiłowała odnaleźć i wydobyć z wraku Titanica legendarny diament o nazwie Serce Oceanu, który podobno zatonął wraz z nim. W trakcie jednego z zanurzeń, poszukiwacze wydobyli sejf z kabiny Caledona Hockleya. Przypuszczali, że znajdował się tam poszukiwany diament. Zamiast niego znaleźli dobrze zachowany akt dziewczyny, która na szyi miała zawieszone Serce Oceanu. Rysunek został pokazany w telewizji. Przypadkowo program oglądała Rose Calvert, w tym czasie ponad stuletnia kobieta, która rozpoznała się na wydobytym ze statku rysunku. Poinformowała o tym poszukiwaczy, którzy zaprosili ją na statek poszukiwawczy. Tam rozpoczęła opowieść ze swoich wspomnień z tragicznego rejsu, historię powstania rysunku oraz losy diamentu.
Za sprawą retrospekcji Rose opowiedziała im trzy dni z dziewiczego rejsu, gdy jeszcze nosiła nazwisko DeWitt Bukater. W podróż Titanicem wybrała się wraz z majętnym narzeczonym Calledonem Hockleyem i jej matką Ruth DeWitt Bukater. Rose nie kochała Cala. Akceptowała go pod silnym wpływem matki. W tym samym czasie we francuskim pubie, niedaleko miejsca cumowania statku, rozpoczęła się historia Jacka Dawsona biednego amerykańskiego szkicownika, czasowo przebywającego w Anglii. Dzięki odrobinie szczęścia wygrał w pokera bilet na Titanica, co potraktował jako dar niebios. Podczas rejsu Rose, znużona konwenansami i zasadami panującymi wśród najbogatszych tego świata, po kolejnej awanturze z Calem, postanowiła popełnić samobójstwo, wyskakując za burtę statku prosto do lodowato zimnej wody, która w Oceanie Atlantyckim miała zaledwie kilka stopni powyżej zera. Obserwujący całe zdarzenie Jack zdążył wciągnąć ją przez barierkę na pokład. W zamieszaniu został posądzony o napastowanie pasażerki pierwszej klasy. Gdy sprawa się wyjaśniła, otrzymał zaproszenie od Calledona na wspólną obiadokolację. Między Rose i Jackiem zrodziło się uczucie. Za jej prośbą narysował on rysunek, do którego Rose pozowała nago. Jack jednak zachował się jak artysta i powstrzymał żądze ciała. Oddał klientce szkic i trzeźwo z nią porozmawiał. Oboje uzgodnili, że razem uciekną ze statku po dobiciu do Ameryki.
Pomiędzy Rose i Jackiem doszło do zbliżenia. Pełnię szczęścia i miłosnych uniesień przerwała im jednak katastrofa. Titanic zderzył się z górą lodową i zaczął nabierać wody. Call Hockley domyślił się, że serce Rose nie należy już do niego. Zlecił swojemu ochroniarzowi intrygę w celu usunięcia rywala. Według polecenia, wsunął Jackowi do kieszeni Serce Oceanu. Jack został oskarżony o kradzież diamentu, którego Calledon był właścicielem. Ochrona statku umieściła chłopaka w statkowym areszcie. Gdy statek zaczął na dobre tonąć, strażnicy pozostawili go na łaskę losu. Call obładował swe kieszenie kosztownościami, w tym Sercem Oceanu.
Kiedy Ruth kazała jej wsiąść do szalupy, Rose rozkazała się zamknąć matce i zostawiła ją w szalupie. Sama chciała pobiec do Jacka ale Call złapał ją. Wytłumaczył, że miejsc w szalupach wystarczy dla około połowy pasażerów Titanica. Dlatego też druga połowa ludzi zginie. Ona opluła mu twarz i uciekła. Pobiegła ratować Jacka, który nadal uwięziony był w areszcie, pod pokładem. Udało jej się dotrzeć do Jacka i uwolniła go z kajdanek za pomocą siekiery. Po dużych trudnościach dotarli na pokład A. Spotykali jednak Cala a on i Jack zaczęli namawiać Rose aby wsiadła do szalupy. Przed wejściem do łodzi ratunkowej Calledon dał Rose swój płaszcz, aby nie było jej zimno, gdyż była cała mokra, bo ratowała Jacka ze statkowego aresztu wypełniającego się wodą. Jack obiecał jej, że niedługo się zobaczą. Rose uwierzyła mu i wsiadła do szalupy. Kiedy powoli się obniżała, Jack i Rose patrzyli na siebie. Kiedy była w połowie Rose wyskoczyła z łodzi i została wciągnięta na pokład. Jack pobiegł na spotkanie z ukochaną. Gdy na siebie wpadli przy zegarze, zaczęli się całować. Po chwili przybiegł Cal i zaczął do nich strzelać, próbując zabić. Zdążyli przed nim uciec. W międzyczasie spotykali Thomasa Andrewsa konstruktora statku. Stwierdził, że to jego wina, że statek tonie, że mógł zbudować mocniejszy. Pożegnał się z Rose dając jej kapok. Postanowił, że zatonie wraz ze statkiem. Również Hockleyowi udało się uciec z tonącego statku podszył się pod ojca porzuconego dziecka i wsiadł razem z nim do szalupy ratunkowej.
W końcu znowu wyszli na powierzchnię tonącego statku, który osiągał coraz większy przechył. Rose i Jack, dla których zabrakło szalup, musieli ratować się w inny sposób. Gdy Titanic przechylił się do pionu, znaleźli względnie bezpieczne miejsce na rufie, po drugiej stronie barierki. Statek pękł od pokładu aż do stępki, a rufa opadła z powrotem na wodę. Dziób zatonął i pociągnął z sobą rufę, stawiając ją z całkowitym pionie. Titanic ostatecznie zatonął. Rose i Jacka nie wciągnął wir, odnaleźli się w wodzie. Młodzieniec umieścił Rose na pływającym fragmencie drzwi ze statku, ale nie znalazło się tam miejsce dla niego. Niedługo potem zmarł z wyziębienia. Zmarznięta Rose w ostatniej chwili zaalarmowała pływającą w okolicy łódź ratunkową, za pomocą gwizdka zmarłego oficera.
Po kilku godzinach wszyscy ocaleni z katastrofy zostali podjęci przez statek pasażerski Carpathia. Cal Hockley udał się na poszukiwanie Rose. Niedoszła żona ukryła się przed nim, przykrywając twarz kocem. Gdy ten zawrócił, ona spojrzała na niego, gdy znikał pomiędzy ocalałymi. Jest to moment, w którym po raz ostatni widziała Caledona Hockleya. Przy spisywaniu danych ocalałych, już w Nowym Jorku, podała się jako Rose Dawson, co świadczyło o jej pragnieniu wyjścia za Jacka. Ku swojemu zdumieniu odkryła, że w kieszeni jej płaszcza leżało Serce Oceanu, diament, który osiemdziesiąt lat później stał się pretekstem do podróży w miejsce spoczynku wraku Titanica.
W jednej z końcowych scen filmu stuletnia Rose wrzuciła Serce Oceanu do morza, tam gdzie uważała, że jest jego miejsce.
Zakończenie filmu to senna wizja starej Rose. Rose sunęła w kierunku statku, po lewej stronie statku w kierunku sali z wielkim szklanym żyrandolem. Z kolejnym metrem, w międzyczasie, statek w jej wizji zaczął się odnawiać i Rose weszła do sali z wielkimi schodami. Jack znów był młody i w otoczeniu wszystkich pasażerów, których spotkała, podeszła do niego po schodach, i pocałowała go. Ten gest miłości został nagrodzony brawami reszty pasażerów i załogi, w tym również pozostałych bohaterów filmu.
