1. Prolog :Filmen börjar med en nuvarande expedition till vraket av Titanic, ledd av skattjägaren Brock Lovett. Rose DeWitt Bukater, en 100-årig kvinna, förs ombord på forskningsfartyget och avslöjar att hon var en överlevande från Titanics förlisning.
2. Del I:Ombordstigning :Filmen blinkar sedan tillbaka till 1912, när Rose går ombord på Titanic med sin rika fästman, Caledon Hockley. Roses mamma, Ruth, reser också med dem. De seglar från Southampton, England, på fartygets jungfruresa.
3. Del II:Sjunkandet :Filmen skildrar händelserna natten mellan den 14 och 15 april 1912, när Titanic träffar ett isberg och sjunker i Nordatlanten. Rose och Jack Dawson, en tredjeklasspassagerare som hon möter på fartyget, blir romantiskt involverade när fartyget sjunker.
4. Del III:Efterdyningar :Filmen slutar med att Rose berättar om sina upplevelser på Titanic för Lovett och hans besättning. Hon avslöjar att hon behöll halsbandet Heart of the Ocean, en värdefull diamant som stals från Caledon, och kastar den i havet. Filmen slutar med att Rose dör lugnt i sömnen.