1. Prolog :Filmen begynder med en nutidig ekspedition til vraget af Titanic, ledet af skattejægeren Brock Lovett. Rose DeWitt Bukater, en 100-årig kvinde, bliver bragt ombord på forskningsfartøjet og afslører, at hun var en overlevende fra Titanics forlis.
2. Del I:Ombordstigning :Filmen blinker derefter tilbage til 1912, da Rose går ombord på Titanic med sin velhavende forlovede, Caledon Hockley. Roses mor, Ruth, rejser også med dem. De sejler fra Southampton, England, på skibets jomfrurejse.
3. Del II:Forliset :Filmen skildrer begivenhederne natten mellem den 14. og 15. april 1912, hvor Titanic rammer et isbjerg og synker i Nordatlanten. Rose og Jack Dawson, en tredjeklasses passager, som hun møder på skibet, bliver romantisk involveret, da skibet synker.
4. Del III:Eftervirkninger :Filmen slutter med, at Rose fortæller Lovett og hans besætning om sine oplevelser på Titanic. Hun afslører, at hun beholdt Heart of the Ocean-halskæden, en værdifuld diamant, der blev stjålet fra Caledon, og kaster den i havet. Filmen slutter med, at Rose dør fredeligt i søvne.