Từ khi con tàu Titanic nằm sâu dưới đáy đại dương. Đoàn săn tìm kho báu của Brock Lovett đến nhằm khai thác con tàu Titanic để tìm kiếm sợi dây chuyền Trái tim Đại Dương. Kết quả của cuộc tìm kiếm không mấy khả quan, khi họ chỉ tìm được một bức tranh về một người phụ nữ khỏa thân trên cổ có đeo sợi dây chuyền mà họ đang tìm kiếm. Bức tranh đề ngày 14/4/1912 cũng là ngày con tàu Titanic va phải tảng băng trôi và xảy ra sự cố đắm chìm. Khi nghe tin tức này qua truyền hình, bà lão Rose Dewson Calvert đã đến thăm Lovett, nhận mình là người trong bức tranh và kể cho anh nghe về câu chuyện của mình.

Tranh khỏa thân của Rose

Cô gái tên Rose DeWitt Bukater cùng với vị hôn phu của mình là Cal Hockley, và mẹ mình là Ruth lên con tàu Titanic ở khoang hạng nhất. Với sự sắp đặt hôn lễ ép buộc từ người mẹ nhằm để tiến tới địa vị cao trong xã hội cũn như để trả nợ để giải quyết vấn đề tài chính của gia đình. Vì quá phẫn uất, nên Rose có ý định tự tử để giải thoát cho bản thân. Tuy nhiên, trước sự thuyết phục của Jack Dowson, một chàng trai nghèo ở khoang hạng ba, Rose đã không tự tử. Từ cuộc gặp gỡ trùng hợp này, Rose và Jack trở nên thân thiết. Cô theo Jack đến một buổi lễ hội ở khoang hạng ba.

Sau nhiều nỗ lực từ chối tiếp xúc với Jack vì biết Cal và Ruth không hài lòng, dần dần Rose nhận ra cô đã yêu Jack, chàng trai nghèo mang lại cho cô cảm giác vui vẻ và tự do trên con tàu sang trọng nhưng bí bức này. Họ hẹn nhau nhau ở phía mũi tàu, cùng nắm tay nhau dang rộng đón ánh hoàng hôn buổi chiều. Rồi Rose dẫn Jack về phòng riêng của mình, theo yêu cầu của cô, Jack vẽ bức tranh Rose khỏa thân bằng chì đen trên cổ đeo chiếc vòng Trái tim của Đại dương do Cal tặng làm quà đính hôn.

Họ cùng nhau chạy trốn thoát khỏi sự truy đuổi vệ sĩ của Cal, khi lên tới khoang tàu, Jack và Rose vô tình nghe được chuyện con tàu va vào tảng băng trôi, sự nghiêm trọng của nó từ người chỉ huy và nhà thiết kế con tàu.

Thảm họa đã xảy ra nằm ngoài kế hoạch, thay đổi toàn bộ số phận của những con người có mặt trên con tàu. Người người nháo nhào tìm cách thoát thân. Tranh nhau xuống thuyền cứu hộ, tranh nhau từng cái áo phao chỉ để mong tìm cho bản thân một con đường sống. Chính vì trong sự hỗn loạn mong mỏi tìm ra tia hy vọng, mà những người thủy thủ đã khóa chặt cửa ngăn khoang hạng ba lại để ưu tiên những người ở khoang hạng nhất xuống thuyền cứu hộ trước.

Nước biển ngày càng tràn vào khoang tàu, nước càng dâng dòng người càng tìm cách thoát thân. Trong lúc nguy cấp đó, Jack đang bị còng bên một đường ống dẫn nước vì người ta nghi ngờ anh ăn cắp chiếc vòng cổ đính hôn mà Cal tặng cho Rose. Những tưởng sẽ chìm tron biển nước con tàu mà chết đi, nhưng không cùng với tình yêu dành cho Jack, Rose đã quay lại cứu. Cả hai cùng trốn thoát và chạy lên trên boong tàu cho đến khi con tàu gãy làm đôi.

Có rất nhiều người chết, nhưng lại đa số những người đó lại thuộc tầng lớp bình dân. Họ lên tàu ở khoang hạng ba cùng với giấc mơ đa số giống như Jack, đó là hướng về nước Mĩ xa xôi, nơi có thể thay đổi cuộc đời. Jack cũng vậy, trên con tàu về Mĩ cùng với người bạn thân của mình, anh đã gặp Rose, yêu Rose say đắm. Và giờ đây, khi cả hai cùng lênh đênh trên mặt biển, xung quanh xác người chết trôi nổi, Jack đã nhường cho Rose một tấm phản bằng gỗ khá lớn, còn anh đã mãi mãi ra đi trong cái lạnh buốt giá của biển, của lòng con người.

Trên tấm phản gỗ mà Jack nhường, Rose dường như cũng đã quá mệt mỏi. Nhưng vì lời hứa với Jack, vì những gì anh làm và đem lại cho cô. Cô không được buông xuôi, không được từ bỏ, phải sống không chỉ vì bản thân mà còn vì cho Jack. Cô đã quyết tâm phải sống, lăn mình xuống làn nước lạnh giá, lấy cái còi bên trong xác người thủy thủ đã chết. Cô thổi, những hồi còi vang lên cầm với hơi lạnh của biển đem lại với hy vọng sẽ gây được sự chú ý. Chiếc thuyền cứu hộ cuối cùng cũng quay lại và nhìn thấy cô. Rose đã sống sót. Khi đến Hoa Kỳ, cô đã đổi tên thành Rose Dewson Calvert nhằm trốn thoát khỏi sự truy tìm của Cal.

Những kí ức cùng Jack trên con tàu định mệnh Titanic đã theo suốt cả cuộc đời của Rose từ khi là một cô gái trẻ với mái tóc đỏ nâu rực rỡ đến một bà lão 101 tuổi. Khi nghe tin tức về con tàu Titanic, bà đã đến gặp và kể lại cho những người thăm dò nghe về câu chuyện của bà, về một người mà bà rất yêu, người mang đến cho bà những giây phút rung động, hạnh phúc thật sự - Jack.