Bộ phim mở đầu với việc một nhóm thăm dò dưới đáy biển trong thập niên 1990 đã phát hiện ra bức tranh của một người con gái tên Rose DeWitt Bukater (Kate Winslet) trong con tàu Titanic bị đắm đó. Vô tình, việc họ tìm thấy bức tranh và đang chiếu trên TV được một bà lão xem và nhận ra, bà lão ấy chính là cô gái trong bức tranh. Từ đây họ được nghe kể về câu chuyện của người phụ nữ đó trong chuyến tàu Titanic định mệnh.

Rose sinh ra ở một gia đình quyền quý ở Philadelphia, mới 17 tuổi cô đã được đính hôn với Caledon Hockley (Billy Zane). Thông mình, đĩnh đạc và xinh đẹp, Rose được dạy dỗ từ thủa ấu thơ tất cả những điều một phụ nữ trẻ trong xã hội mong muốn. Lời hứa hôn của Rose với Hockley - người thừa kế nhà máy luyện thép thịnh vượng tại Pittsburgh và có tính kiêu ngạo - là một vận may tuyệt vời với một gia đình đang xuống dốc. Họ được xem là một cặp đôi hoàn hảo của sự giàu có và địa vị xã hội nhưng đó là sự ép buộc đối với Rose. Quá phẫn uất, Rose định tự tử nhưng được cứu bởi Jack Dawson (Leonardo DiCaprio), một chàng họa sĩ nghèo, phóng khoáng, đang trên đường tìm cơ hội lập nghiệp ở Mỹ. Tình yêu đến với họ thật tự nhiên.

Nhưng, chuyến tàu định mệnh đó đã thay đổi toàn bộ số phận của những hành khách trên con tàu cũng như những dự tính, ước vọng của đôi tình nhân Jack và Rose. Một thảm họa đã xảy ra khiến mọi chuyện lệch khỏi quỹ đạo không còn đi theo kế hoạch, tàu Tinatic va phải một tảng băng trôi. Người ta nháo nhào tranh nhau một suất xuống thuyền cứu hộ, cướp nhau một cái áo phao. Tồi tệ hơn, giới quý tộc đã khóa cửa không cho những người thuộc tầng lớp bình dân ra ngoài chỉ vì sợ họ tranh mất cơ hội sống của họ. Lúc này Jack đang bị kẹt bên một đường ống dẫn nước vì vướng vào một vụ vu oan giá họa, người ta nghi ngờ anh ăn cắp một chuỗi trang sức quý giá. Nước đang tràn vào tàu, lạnh buốt xương. May sao vì tình yêu Rose đã không xuống thuyền cùng mẹ mà chạy đi tìm Jack, kịp thời cứu anh thoát chết trước khi nước ngập vào. Hai người bên nhau cho đến khi con tàu bị dựng đứng lên rồi gẫy ra làm đôi. Chỉ có một số nhỏ thoát chết còn hàng ngàn hành khách, đa phần là người thuộc tầng lớp bình dân, đã thiệt mạng. Họ chết vì cái lạnh buốt của nước biển, họ chết vì cái lạnh lùng tàn nhẫn của một số người ham sống sợ chết.

Rose nằm trên một tấm phản gỗ trôi dập dềnh trên mặt biển, còn Jack thì đã vĩnh viễn rời xa cô. Xung quanh cô toàn xác người chết cóng, bản thân cô cũng đã quá mệt mỏi nhưng vì lời hứa Jack cô đã quyết tâm sống. Cô lăn mình xuống nước băng giá, vùng vẫy tới gần thuyền trưởng để lấy còi. Cô thổi những hơi lạnh buốt vào chiếc còi lấy được với hy vọng sẽ gây được sự chú ý. Và rồi chỉ có duy nhất một chiếc thuyền cứu hộ quay nhìn thấy cô và cô trở về cùng số ít người may mắn trở về.