Abrimos en la actualidad cuando el oceanógrafo Brock Lovett (Bill Paxton) y su equipo están recorriendo los restos del Titanic en busca de un diamante fabulosamente enorme conocido como «El corazón del océano». Cuando su última búsqueda televisada solo muestra un boceto desnudo de una mujer que lleva la piedra en un collar, reciben una llamada de una anciana que dice ser la persona de la imagen. La llevan rápidamente a su nave de investigación para sondearla sobre el paradero de la joya, lo que provoca un flashback de tres horas…
Ahora es 1912, y el supuestamente insumergible RMS Titanic está a punto de zarpar en su fatídico viaje inaugural. El artista sin dinero Jack Dawson (DiCaprio) gana su lugar en la tercera clase con una mano de cartas, mientras que varias cubiertas más arriba en primera clase, Rose DeWitt Bukater (Winslet) se instala en sus lujosos camarotes con su madre y su insoportable prometido Cal Hockley (Billy Zane).
Rose solo se casa con el chico para mantener el estatus social de su familia, en la parte superior desde que murió su padre. A medida que el transatlántico se dirige a través del Atlántico, se siente desesperada por su situación, considerando arrojarse por la borda en lugar de casarse con un monstruo así. Ahí es cuando conoce a Jack, quien la convence. Se hacen amigos rápidamente, para gran desaprobación de la madre de Rose y Cal.
Inevitablemente se enamoran y Rose decide desembarcar en Nueva York con Jack en lugar de Cal. Su felicidad dura poco cuando el Titanic choca contra un iceberg y la difícil situación de muchos de los pasajeros se vuelve evidente. Con el barco hundiéndose en el Atlántico sin suficientes botes salvavidas y Cal en un alboroto de celos, ¿podrán sobrevivir al desastre?