1996-ban a kincsvadász Brock Lovett (Bill Paxton) és csapata a RMS Titanic roncsai közt kutat az Óceán Szíve nevű, rendkívül értékes kék gyémánt után. A gyémántot nem találják meg, csupán egy rajzot, mely egy meztelen nőt ábrázol nyakában az ékszerrel. A rajzon lévő dátum arról tanúskodik, hogy a mű a Titanic elsüllyedésének napján készült. A 101 éves Rose Dawson Calvert tudomást szerez a rajzról, és elmondja Lovettnek, hogy a kép őt ábrázolja. Unokájával, Elizabeth (Lizzy) Calverttel (Suzy Amis) meglátogatja Lovettet és kissé szkeptikus csapatát a hajójukon, ahol természetesen rögvest a gyémánt hollétéről kérdezik. Válaszul az idős Rose egy megrázó történetet mesél el, melyből kiderül, hogy ő nem más, mint Rose DeWitt Bukater, akiről mindenki azt hitte, hogy életét vesztette a katasztrófában.
1912-ben a jómódú, 17 éves Rose (Kate Winslet) édesanyjával, Ruth DeWitt Bukaterrel (Frances Fischer) és vőlegényével, Caledon (Cal) Hockley-val (Billy Zane) száll fel a Titanic feldélzetére az angliai Southamptonban. A DeWitt Bukater család látszatra semmiben nem szenved hiányt, ám valójában olyan súlyosan eladósodtak, hogy a csődtől csak Rose Hockleyval kötendő házassága mentheti meg őket. Az eljegyzés tehát mind Rose anyja, mind Cal szemében kitüntetett fontosságú, de Rose úgyszólván látni sem bírja zsarnokoskodó vőlegényét, és torkig van anyja erőszakosságával is, mellyel őt ebbe a házasságba akarja kényszeríteni akarata ellenére. Helyzetéből más kiutat nem látván öngyilkosságot kísérel meg: a hajó tatjáról a vízbe akarja vetni magát. Mielőtt azonban megtenné, Jack Dawson (Leonardo DiCaprio), a csavargó művész közbelép. Miközben visszafelé húzza Rose-t a korláton, a lány megcsúszik, és rémületében sikoltozni kezd. Az odasiető tengerészek, valamint Cal és barátai először azt hiszik, azért, mert Jack erőszakoskodott vele. Rose elmagyarázza, hogy nem ez történt, Jack megmentette az életét, és öngyilkossági szándékát elhallgatva azt mondja, azért csúszott meg, mert túlságosan kihajolt a korláton, hogy lássa a hajócsavarokat. Jack alátámasztja Rose állítását, de Hockley inasának, Spicer Lovejoynak (aki korábban rendőr volt) a fiú továbbra is gyanús marad. Rose hálás Jacknek, amiért az megmentette őt, s miközben a fiú történeteket mesél saját utazásairól és a rajzairól, lassan egészen összebarátkoznak. Kapcsolatuk csak még inkább elmélyül, amikor a merev társadalmi szabályokhoz igazodó első osztályon elköltött vacsora után a fedélközben a sokkalta vidámabb ír táncmulatsághoz csatlakoznak.
Cal tudomást szerez menyasszonya hollétéről, és másnap a reggelinél dühtől tajtékozva (az asztalt is felborítva) tiltja meg Rose-nak, hogy Jackkel találkozzon. Rose azonban, mikor látja, hogyan figyelmezteti egy első osztályon utazó nő a hét éves kislányát arra, hogy illendően viselkedjen, végleg hátat fordít anyjának és vőlegényének, s megkéri Jacket, rajzolja le őt is meztelenül, az Óceán Szíve gyémánttal a nyakában (melyet Caltől kapott ajándékba az eljegyzésükre). Ezután a két szerelmes megszökik Lovejoy elől, és a hajó rakterébe érkeznek meg, ahol William Carter Renault-jában szeretkeznek. Ezután, már a hajó orrfedélzetén állva, Rose kijelenti, hogy New Yorkban Jackkel fog leszállni a hajóról. Nem sokkal később szemtanúi lesznek, amint a hajó összeütközik a jégheggyel. Hallván a kapitány és a hajó tervezőjének megállapítását arról, hogy milyen súlyos is ez a baleset, Rose úgy dönt, értesítenie kell anyját és vőlegényét. Eközben Cal megtalálja a Rose-ról készült rajzot és menyasszonya gúnyos üzenetét a széfben. Utasítja Lovejoy-t, hogy csempéssze az Óceán Szívét Jack zsebébe; ilyen módon aztán azzal vádolja a fiút, hogy az ékszert az ellopta tőle. Jacket letartóztatják, majd, ahogy a hajó egyre mélyebbre süllyed, az őt őrző Lovejoy megbilincselve magára hagyja. Rose, az anyja és Cal eközben csónakra várnak, ám Rose nem száll be, hanem Jack keresésére indul. Miután kiszabadította, újfent a csónakfedélzetre sietnek. Ezalatt a fedélzeten kitör a pánik, az utasok tolongva gyülekeznek a fedélzeten. A bizakodó hangulatnak vége lett, ugyanis a megdőlt fedélzeten az utasok ráébredtek, hogy a hajó valóban elfog süllyedni. A vészrakétákat sorra lövik ki, a csónakokat egyenként bocsátják le a tengerre, közben a hajó teste még mindig fényesen ki van világítva, és megnyugtató zene szól a hajózenészek hangszereiből. A hajó bal oldalán csak nőket és gyerekeket engednek beszállni, majd félig üresen megrakodva eresztik le a csónakokat (tartva attól, hogy esetleg felborulhatnak a túlterhelés esetén).
Bár Cal és Jack esküdt ellenségek, mindketten biztonságban szeretnék tudni Rose-t. Cal azt állítja neki, egyezséget kötött egy tiszttel, aki Jacket is és őt magát is ki fogja menekíteni (az egyezség valójában Jackre nem vonatkozik). Rose azonban képtelen Jacket elhagyni, és a csónakból visszamászik a hajó fedélzetére. Cal, látva, hogyan borulnak zokogva egymás nyakába az első osztály lépcsősorán, egészen kivetkőzik magából, és Lovejoy pisztolyát „kölcsönvéve” üldözőbe veszi őket. Töltényei azonban elfogynak, s a két szerelmes megmenekül előle. Cal ekkor jön rá, hogy az Óceán Szívét a kabátja zsebében felejtette, melyet Rose-nak adott. Lovejoytól különválva visszatér a csónakfedélzetre, ahol helyet kap az összecsukható A csónakban, miután egy elveszett gyermekkel a karjában közelíti azt meg. Mire Jack és Rose is visszatérnek, a csónakok már mind elmentek. A hajó tatján a korlát külső oldalára másznak, amikor az függőleges helyzetbe emelkedik. Miután a hajó elsüllyedt, úszni kezdenek a jeges vízben, mígnem találnak egy leszakadt ajtószárnyat, s megpróbálnak felmászni rá, azonban ez a kétes menedék csak az egyiküknek elég. Jack megfagy a vízben, de Rose-t Harold Godfrey Lowe csónakja (a 14-es) kimenti.
Rose az RMS Carpathia fedélzetén érkezik meg New Yorkba, ahol a túlélők nevét számba vevő tisztnek Rose Dawsonként mutatkozik be. Vőlegényét, Calt a Carpathia fedélzetén látja utoljára, amint a férfi őt keresi (Cal később, az 1929-es világválság idején öngyilkos lett).
Története végére érve az idős Rose Lovett hajójának tatjához sétál. Kiderül, hogy az Óceán Szíve továbbra is a birtokában van, de az ékszert most a vízbe dobja élete legmeghatározóbb eseményének színhelyén. A film végén az idős Rose-t ágyában pihenni látjuk; éjjeliszekrényén fényképek garmadája sorakozik, mutatva, hogy mindent megvalósított életében, amit Jackkel együtt a Titanic fedélzetén eltervezett. A záró, álomszerű jelenetben újra a fiatal Rose jelenik meg, amint az első osztály lépcsősorán ismét találkozik Jackkel; szenvedélyes csókjukat a katasztrófában elhunyt körülállók lelkes tapsa kíséri.