Le film raconte l'histoire de Jack Dawson (Leonardo DiCaprio), un pauvre artiste qui remporte un billet de troisième classe pour monter à bord du Titanic dans un jeu de cartes. Sur le navire, il rencontre et tombe amoureux de Rose DeWitt Bukater ( Kate Winslet ), une jeune femme riche qui est fiancée à un homme d'affaires riche mais cruel nommé Cal Hockley ( Billy Zane ). Malgré leurs différences sociales, Jack et Rose se lancent dans une histoire d'amour passionnée. Pendant ce temps, le Titanic navigue vers son destin tragique. L'équipage et les passagers du navire ne sont pas conscients du danger alors que le navire accélère dans les eaux glacées. Malgré les avertissements d'autres navires, le Titanic ne prend pas ses précautions et finit par entrer en collision avec un iceberg. La panique s'ensuit lorsque le navire commence à couler et les passagers sont obligés de se battre pour leur survie. Jack aide Rose et sa mère à monter dans un canot de sauvetage, sacrifiant sa propre chance de survie. Alors que le navire coule, lui et Rose s'accrochent l'un à l'autre dans l'eau glaciale. Finalement, Jack succombe à l'hypothermie et meurt, mais Rose survit et est secourue par un canot de sauvetage. Le film se termine avec une Rose âgée jetant un précieux collier dans la mer puis décédant dans son sommeil. Elle retrouve Jack dans une séquence onirique à bord du Titanic, entourée des autres passagers qui ont péri dans la catastrophe.