Elokuvan kehyskertomus sijoittuu nykyaikaan (vuoteen 1996), jossa aarteenetsijät tutkivat laivan hylkyä ja löytävät piirroksen nuoresta naisesta. Tämä nainen, jo satavuotias Rose DeWitt Bukater, saapuu paikalle ja alkaa kertoa tarinaansa laivan neitsytmatkalta huhtikuussa 1912.
Varsinainen tarina seuraa kahta eri yhteiskuntaluokista tulevaa nuorta, jotka kohtaavat laivalla:
Jack Dawson: Köyhä, vapaasieluinen taiteilija, joka voittaa kolmannen luokan matkalipun Titanicille pokeripelissä.
Rose DeWitt Bukater: Rikasmutta onneton yläluokan tyttö, joka on pakotettu kihlautumaan ylimielisen miljonäärin, Cal Hockleyn, kanssa perheensä velkojen vuoksi.
Jack ja Rose rakastuvat intohimoisesti lyhyen matkan aikana ja päättävät aloittaa uuden elämän yhdessä heti laivan saavuttua New Yorkiin. Heidän tulevaisuudensuunnitelmansa kuitenkin murskautuvat, kun Titanic törmää jäävuoreen Atlantin valtamerellä ja alkaa upota, käynnistäen epätoivoisen taistelun eloonjäämisestä.
