Una donna di 100 anni di nome Rose DeWitt Bukater racconta la storia del suo viaggio sulla famosa nave Titanic. Sta raccontando la storia a sua nipote, Lizzy Calvert, e a un equipaggio di uomini interessati al naufragio del Titanic. I membri dell'equipaggio si chiamano Brock Lovett, Lewis Bodine, Bobby Buell e Anatoly Mikailavich. Lei racconta la storia mentre era sul Keldysh. Gli uomini sono sul Keldysh alla ricerca di una famosa collana chiamata "Il cuore dell'oceano" che pensano sia affondata con la nave. Continua a spiegare tutta la storia dalla partenza della nave all'affondamento del Titanic durante il suo primo (e ultimo) viaggio alle 2:20 del mattino del 15 aprile 1912. La maggior parte del film non è la Vecchia Rosa che racconta la storia, ma la Giovane Rosa che vive la storia.
Il 10 aprile 1912, la giovane Rose si imbarca su una nave chiamata Titanic con i passeggeri della classe superiore, sua madre, Ruth DeWitt Bukater, e il suo fidanzato, Caledon 'Cal' Hockley. Nel frattempo, un vagabondo e artista di nome Jack Dawson e il suo migliore amico Fabrizio De Rossi vincono i biglietti di terza classe per la nave in una partita.
Dopo aver vinto un viaggio sull'RMS Titanic durante una partita a carte sul molo, l'americano Jack Dawson vede la ragazza dell'alta società Rose DeWitt Bukater che sta andando a Philadelphia per sposare il suo ricco fidanzato snob Cal Hockley. Rose si sente impotente intrappolata dalla sua situazione e si dirige verso il ponte di poppa e pensa al suicidio fino a quando non viene salvata da Jack. Cal è quindi costretto a invitare Jack a cenare al loro tavolo di prima classe, dove soffre per le mancanze dei suoi padroni di casa snob. In cambio, egli porta Rose in terza classe per una serata danzante, regalandole il tempo della sua vita. Decidendo di rinunciare al futuro che ha in mente, Rose chiede a Jack, che si è guadagnato da vivere facendo schizzi per le strade di Parigi, di disegnarla nuda con addosso il prezioso diamante blu che Cal le ha regalato. Cal lo scopre e fa rinchiudere Jack. Poco dopo i reparti, la nave colpisce un iceberg e Rose deve trovare Jack mentre entrambi devono scappare da Cal, anche se la nave affonda più in profondità nell'acqua gelida.
Nel 1996, il cacciatore di tesori Brock Lovett e la sua squadra hanno raggiunto il naufragio più famoso di tutti: l'RMS Titanic. Emerso con una cassaforte che si crede contenga un famoso diamante chiamato "Cuore dell'Oceano", scopre che la cassaforte non contiene il diamante, ma il disegno di una bella giovane donna che lo indossa. Quando Lovett viene successivamente intervistato in televisione, mostra il disegno alle telecamere, e Rose Dawson Calvert, ora 101enne, riconosce la giovane donna nel disegno - se stessa. Lei e sua nipote Lizzy fanno visita a Lovett sulla sua nave da ricerca sul relitto e le raccontano la storia del Titanic e del suo sfortunato viaggio inaugurale.
Nel 1912, Rose DeWitt Bukater, una ragazza dell'alta società di 17 anni, salì a bordo della nave con il suo fidanzato, il magnate di Pittsburgh Steel, Caledon Hockley, proprietario della nave, e sua madre, Ruth DeWitt Bukater, a Southampton. A bordo si imbarcano anche il povero artista Jack Dawson e il suo migliore amico Fabrizio De Rossi, che dopo una fortunata partita di poker li vince in terza classe. Quando Rose tenta il suicidio saltando giù dalla poppa in terza classe, Jack la riporta sulla nave... e tra loro si crea un legame, poiché Jack viene invitato da lei in prima classe il giorno dopo. La madre di Rose e Cal cercano disperatamente di tenerli separati mentre Jack e Rose si innamorano, fino a quando il Titanic si scontra con un iceberg e viene gravemente danneggiato. Ora Jack e Rose devono lottare per rimanere vivi, mentre la loro appassionata storia d'amore diventa una lotta per la sopravvivenza, ma Jack alla fine muore di freddo per aver trascorso troppo tempo in acque estremamente fredde.