Sinopse

A trama começa em 1997, com uma expedição aos destroços do RMS Titanic. O caçador de tesouros Brock Lovett está em busca de um colar de diamantes chamado Coração do Oceano, que pertencera a um passageiro do navio e supostamente teria afundado com ele. A expedição não alcança o objetivo esperado, mas traz à superfície o retrato de uma mulher nua usando o colar. Ao ver uma reportagem sobre a expedição na tevê, Rose Dawson, uma senhora de 101 anos, entra em contato com Lovett e revela quem é a mulher do retrato: ela mesma. Na verdade, Rose Dawson é Rose DeWitt Bukater, uma jovem da aristocracia britânica que todos pensavam ter morrido no Titanic. Levada com sua neta ao barco da expedição, Rose conta sua história a Lovett e sua equipe.
A narrativa volta ao dia 11 de abril de 1912, quando o Titanic deixa o porto de Southampton. Rose embarca na primeira classe com sua mãe, Ruth DeWitt Bukater, e seu noivo, Caledon Hockley. Paralelamente, Jack Dawson, um desenhista americano de origem humilde, ganha uma passagem num jogo de cartas e embarca na terceira classe. Já a bordo do navio, Jack vê Rose no deque da primeira classe e se interessa por ela, mesmo sabendo que não tem chances de aproximação. Porém, apesar da riqueza e do luxo, Rose é uma jovem infeliz; uma noite, ela decide cometer suicídio se jogando na água. Quando já está pendurada do lado de fora da popa, Jack a encontra e convence-a a desistir. Ao longo da viagem, os dois se apaixonam; Jack apresenta a ela a vida na terceira classe e Rose, em contrapartida, o leva aos seus aposentos, onde ele faz o retrato que Lovett encontraria no futuro.
Enquanto Jack e Rose consumam seu relacionamento nos porões do navio, o Titanic bate num iceberg, e a água começa a invadir os compartimentos mais baixos. Quando cinco destes compartimentos são inundados, o engenheiro do navio, Thomas Andrews, conclui que a embarcação irá a pique e dá ordens para que se comece a evacuação.
O navio começa a afundar pela proa e os botes são baixados. Num plano para separar Jack e Rose, Caledon ordena a seu criado, Lovejoy, que ponha o Coração do Oceano no bolso do casaco do rapaz. Jack é acusado por roubo e preso numa das salas mais baixas do navio. Enquanto isso, Ruth embarca num bote, mas Rose se recusa a acompanhar a mãe. Ela vai ao encontro de Jack e consegue libertá-lo, mesmo com o nível da água subindo rapidamente. Jack e Rose aventuram-se pelos labirintos da terceira e da segunda classes, enfrentando todo tipo de dificuldades.
Quando finalmente chegam ao convés, Jack pede a Rose que entre num bote para se salvar. Caledon interfere na conversa, pondo seu casaco nas costas de Rose e alegando ter um trato com o oficial William Murdoch, que garantia lugares nos próximos botes tanto para ele como para Jack. A princípio Rose acredita e entra no bote, mas desiste e pula de volta a bordo, reencontrando Jack na escadaria da primeira classe. Caledon atira na direção do casal, mas não acerta; por ironia do destino, só então ele se dá conta de que o colar de diamantes estava no bolso do casaco que entregara à noiva.
Jack e Rose voltam aos labirintos do Titanic, agora inundados. Quando conseguem voltar ao convés, o navio já está com água até a metade e não há mais botes salva-vidas. Os dois e outros 1.500 passageiros são lançados nas águas geladas do Oceano Atlântico. Rose consegue se proteger subindo numa prancha de madeira, mas Jack não tem a mesma sorte. Ao ser resgatada, ela se apresenta como Rose Dawson, adotando o sobrenome do amado. Quando Caledon, também entre os sobreviventes, passa pelo convés do navio de resgate em sua procura, Rose se esconde e nunca mais o vê.
De volta ao presente, a senhora Rose vai sozinha até a proa do barco da expedição de Brock Lovett; é revelado então, apenas ao espectadores, que o Coração do Oceano estivera com ela todo esse tempo. Sem dizer nada à equipe de Lovett, Rose lança o diamante ao mar. Na cena que encerra o filme, a senhora Rose é vista em sua cama, aparentemente dormindo, mas talvez morta. Numa montagem que poderia ser um sonho ou uma visão do Paraíso, os destroços do Titanic retornam aos seus dias de glória e Rose reencontra Jack na imponente escadaria da primeira classe, diante dos aplausos dos passageiros e da tripulação.