1. Prolog :Filmen begynner med en nåværende ekspedisjon til vraket av Titanic, ledet av skattejegeren Brock Lovett. Rose DeWitt Bukater, en 100 år gammel kvinne, blir brakt ombord i forskningsfartøyet og avslører at hun var en overlevende fra Titanics forlis.
2. Del I:Ombordstigning :Filmen blinker deretter tilbake til 1912, da Rose går ombord på Titanic sammen med sin velstående forlovede, Caledon Hockley. Roses mor, Ruth, reiser også med dem. De seiler fra Southampton, England, på skipets jomfrureise.
3. Del II:Forliset :Filmen skildrer hendelsene natten 14. til 15. april 1912, da Titanic treffer et isfjell og synker i Nord-Atlanterhavet. Rose og Jack Dawson, en tredjeklasses passasjer som hun møter på skipet, blir romantisk involvert når skipet synker.
4. Del III:Etterspill :Filmen avsluttes med at Rose forteller Lovett og hans mannskap om opplevelsene sine på Titanic. Hun avslører at hun beholdt Heart of the Ocean-kjedet, en verdifull diamant som ble stjålet fra Caledon, og kaster den i havet. Filmen ender med at Rose dør fredfullt i søvne.