1. Prologue :Le film commence par une expédition actuelle sur l'épave du Titanic, menée par le chasseur de trésor Brock Lovett. Rose DeWitt Bukater, une femme centenaire, est amenée à bord du navire de recherche et révèle qu'elle était une survivante du naufrage du Titanic.
2. Partie I :Embarquement :Le film revient ensuite en 1912, alors que Rose monte à bord du Titanic avec son riche fiancé, Caledon Hockley. Ruth, la mère de Rose, voyage également avec eux. Ils partent de Southampton, en Angleterre, pour le voyage inaugural du navire.
3. Partie II :Le naufrage :Le film dépeint les événements de la nuit du 14 au 15 avril 1912, lorsque le Titanic heurte un iceberg et coule dans l'océan Atlantique Nord. Rose et Jack Dawson, un passager de troisième classe qu'elle rencontre sur le navire, deviennent amoureux alors que le navire coule.
4. Partie III :Conséquences :Le film se termine avec Rose racontant ses expériences sur le Titanic à Lovett et son équipage. Elle révèle qu'elle a gardé le collier Heart of the Ocean, un diamant précieux qui a été volé à Caledon, et qu'elle l'a jeté à l'océan. Le film se termine avec Rose mourant paisiblement dans son sommeil.