1912年4月14日晚上11时40分，号称“不沉之船”的泰坦尼克号豪华邮轮在她的处女航中与冰山相撞，2小时40分钟后，船体带着1500多条生命沉入大西洋底。
84年后，美国探险家布拉克·洛威特租用俄国潜艇深入到大洋，终于找到了“泰坦尼克”号的残骸。布拉克的队员在沉船上发现了一幅素描画，一件近百年的遗物却仍旧完好无损。画面上的少女裸体躺在沙发上，眼中充满着幸福感。她的胸前戴着一颗硕大的蓝色钻石——正是探险队要找的宝贝：价值连城的“海洋之心”。画上的签名是杰克·道森，时间是1912年4月14日，巨轮沉没的那一天。这个消息通过卫星采访传遍了全世界。
画中的女子是谁？谁都没想到，她还活着，并且是一个老态龙钟的百岁老人。此刻，她正在自己家里做着陶器，电视里的报道吸引了她，当她看到电视里出现了那幅画时，双眼迷蒙了。她无法让84年前的那段惊心动魄的回忆再尘封下去了，于是打电话给布拉克，告诉他自己就是画中的女人。
不久，老人就在孙女的陪伴下乘坐直升机来到布拉克的探险船上，刚刚坐定，她就要求看那幅打捞上来的画。透过闪烁的波光，老人眼前又闪过那作画人的脸。虽然已是101的高龄，满面皱纹、白发苍苍，但老人的目光仍然炯炯有神，并且透出一种特别的宁静与安详，那双蔚蓝的双眸里深藏着84年前的爱情记忆——那短暂的然而是终生难忘的生死之恋。
那颗钻石据说是来自路易十六皇冠上的蓝钻石，在他上断头台时被一同砍断，后来被加工成心形叫做“海洋之心”，一块价值连城的宝石。根据保险公司记录，泰坦尼克号沉没后一个名叫霍利的人曾要求索赔。据说霍利购买钻石是为了送给他的未婚妻，这位未婚妻就是露丝，面前的老人。
队员们对于沉船的原因和过程已经非常了解了，还有人用模拟录像向老人讲解，但他们却无法体会当事人的感觉。看着老人平静地听完讲解，他们非常奇怪，对她当年的神秘经历也更加好奇，所以一致请求老人讲一讲。看着那从她当年的舱房里找到的镜子和头钗，老人感慨万分，她又看到了那艘给她痛苦和幸福的巨轮，仿佛又嗅到“泰坦尼克”号那新刷的油漆气味，仿佛又看到了那些全新瓷器、餐具和床单……
她的思绪慢慢沉浸到过去，沉浸到那一场震惊世界的海难，她用诗一般的语言讲述84年前的“泰坦尼克”号，那“梦幻之船”的“梦幻之旅”，时光飞回到了1912年4月10日，那一个晴朗的日子……
这是“梦之船”的首航日，码头上人声鼎沸车水马龙，出身于上流社会的英国少女露丝在母亲和未婚夫霍利的陪同下登船。对于露丝来说，泰坦尼克号并不是“梦之船”，而是“运奴船”，她和霍利将在美国举行婚礼，这场带有交易性质的婚姻将禁锢她的一生。从外表来看，她是一个有教养的生活优裕的贵族女孩，但她的内心却烦躁不安。母亲用她的幸福来换取奢华的生活，霍利和其他上流子弟一样傲慢自负，她的心灵一直在苦闷中呐喊却无人倾听，所以她带着一片茫然的神情开始了前途未卜的旅程。
汽笛长鸣，人们涌上甲板。和露丝的心情截然相反的是杰克和贾比，他们挥舞着手中的船票狂奔而来，这两个穷小子刚刚在赌博中赢了两张回美国的三等舱船票。他们兴奋得快要发狂了，杰克边跑边喊：“美国，我来了！我是世界之王！”这是他的幸运之旅，也是他的爱情之旅和死亡之旅。
“泰坦尼克”号缓缓驶离码头，航行在漫漫的大海上。夜幕降临，头等舱宽大的宴会厅里灯火辉煌，社会名流显贵云集于此。航运公司老板伊士梅在餐桌上高谈阔论，席间恭维声四起。只有露丝心烦意乱，她那冷漠的表情与热闹的宴会形成鲜明的对比，周围一圈人虚伪的笑脸、刻板的举止和无聊的言谈都令她生厌。她觉得一生也不过如此，总是永无休止的宴会、舞会，接触到的都是些思想狭隘言语无味的人，自己就像站在悬崖边上，没有人拉她回来，没人关心甚至无人理会。
她越想越苦闷，渐渐的，冷漠就变成了反感。于是，她挑衅似的点燃一支烟，深深地吸了一口。这立刻招来了母亲和霍利责怪的目光，霍利一下子拿走烟把它掐灭了。露丝再也忍不住了，她起身离席，穿过人群冲出大厅，直奔空荡荡的船尾。
在寂静的甲板上，有一个人注意到了她，是杰克。他仰卧着，一边欣赏布满繁星的夜空，一边享受这份难得的宁静。突然看到露丝披散着头发，跑过来，又跨过船尾的栏杆，站到船的外侧。底下是滚滚而去的海浪，她如果一松手就必死无疑，默默地注视着这一幕的杰克悄悄地来到露丝身后，尽量用平静的声音阻止她。
“你敢过来，我就跳下去。”露丝声音有些颤抖。
“不，你不会的，如果要跳，你早跳了。你跳，我也跳。”杰克坚定地说。禁不住杰克真诚的劝说，露丝下意识地将手伸给他。即将脱离危险的时候，露丝脚底忽然一滑，双脚踩空，整个身体悬在护栏外。她吓坏了，大声喊叫，幸好杰克死命地将她拉上来，两人摔倒在甲板上。
露丝的喊叫惊动了船警，霍利也带着管家跑来了。他们看到一个穷小子扑在一个瑟瑟发抖的贵族小姐身上，就不由分说将杰克铐起来。露丝不敢说出真相，又怕好人受冤，急忙撒了个谎，说自己是因为好奇，想看看船底的推进器，不小心滑出去，被杰克救了起来。于是，杰克成了救人英雄。盛气凌人的霍利对杰克一点感激之心也没有，只是轻描淡写地邀请他明天一起吃饭，目光中满是对穷人的鄙夷。杰克不卑不亢，接受了邀请。
露丝回到头等舱的舱房，坐在梳妆台前想心事。霍利进来，将订婚典礼的礼物——一条镶着56克拉钻石的项链——提前送给她，这颗蓝钻石就是路易十六的“海洋之心”。作为美国钢铁大王的儿子，霍利是要什么有什么的天之骄子，只是当他爱上了露丝之后，才尝到了任性与傲慢的折磨。不过，他仍然相信金钱可以换来一切，他知道露丝一直不高兴，今天又受了惊吓，所以他要用这颗名贵的宝石来博取美人一笑：“你要什么我都可以给你，希望你不要拒绝我。把你的心交给我吧。”露丝被海洋之心的美震慑，对霍利的殷勤却以冷漠和庄重报之。
第二天，露丝来找杰克，既是表示感谢，也是为了作进一步的了解，他们就绕着甲板边走边聊。杰克说了自己的身世他是美国人，15岁成了孤儿，四处流浪，去过很多国家。他也是一个幸运的流浪汉，漂泊者，在此之前，靠在巴黎街头为女人们画像谋生。露丝向杰克诉说自己的烦恼，她周围的人都是那么无聊，自己又无力自拔，一点办法也没有。船一靠岸她就要和霍利结婚，请柬都发出去了。她感觉自己就像身处茫茫的人海，在拼命挣扎大声喊叫，却没人听没人理……
杰克听完她急切的诉说，这才明白她跳海的原因，他想帮她解开心结指点迷津，但露丝拒绝了他的提问，并且抢过他的画本。翻开一看，却是一个才华横溢的素描世界，她被杰克笔下栩栩如生的巴黎贫民形象吸引了。杰克给她讲每幅画的来历，都是她从未接触过的生活画面，这种生活世界令露丝向往。她被压抑得太久了，希望能像男人一样可以自由闯世界，可以骑马，可以做其他出格的事情。杰克满足了她想要撒野的愿望，教她伏在船侧的护栏上，向远处的海里吐口水，这种极其粗野的举动，露丝居然也学得十分认真。
晚餐时间到了，杰克穿着好心的女暴发户玛丽太太借给他的崭新晚礼服，应约来到头等舱餐厅参加晚宴。直是人靠衣装，杰克这么一打扮，倒是风流倜傥一表人才。在这样一个金碧辉煌的豪华厅堂，出入的都是优雅人士，杰克不熟悉这样的场合，有些拘谨，但也不怯场。他在餐厅楼梯下学着人们握手的样子，被正在下楼的露丝看见，便学着电影里的样子吻了她的手，又伸出手臂，挽着她进入餐厅。餐桌上，露丝母亲和霍利故意把杰克的下等人身份揭露出来，借此羞辱他，但杰克十分坦然地承认了，并且为他知足常乐的生活感到自豪，他热爱自由的生活，在生活中寻找自我，所以他虽然一无所有却也一无所缺。他还不忘向人们宣扬人生哲理——生命是天赐的，不应浪费。应当享受每一天。他一边自信地说，一边用热情洋溢的目光扫过每一个人，人们受了感染，为“享受每一天”干杯。
杰克在晚餐上机智自信的表现赢得了露丝热情的目光，晚餐结束后，趁人们照例去吸烟室喝酒，借着谈论经济和时政互相吹捧之时，他悄悄把露丝约到了钟楼下面。他带她到三等舱，参加真正的平民聚会。在苏格兰民乐中，他们跳踢踏舞，喝平价酒，尽情地歌唱和喊叫，在无拘无束、欢乐而又嘈杂的人海里，露丝体验到了从未有过的放纵和自由，这种简单轻松的生活方式让她完全陶醉了。
但是她的越轨没有逃过霍利的耳目，第二天，霍利大发雷霆，狂怒之下竟然掀翻了桌子，露丝被吓坏了。母亲也警告她不要再跟杰克来往，因为她们处境不妙，钱已用光。露丝的父亲去世时没有留下任何遗产，只留下上流社会的名分。在母亲看来，与霍利家结亲是最理想的出路，是惟一的生存之道。露丝还能说什么呢？她失望了，想要反抗却找不到反抗的力量，也找不到反抗的出路。当杰克无法克制思念，又一次找到她表白自己的爱意时，露丝的心情矛盾极了，她无能为力，只有狠心地拒绝。
可是她真的能割舍吗？当然不能。当暮色降临，在餐厅里面对那些乏味的面孔，听着那些无聊的声音时，露丝再一次感到了压抑和窒息。她看见一个小女孩，正按照母亲的安排，铺好餐巾，规规矩矩木然地坐在那里，无疑，这又是一个上流社会的牺牲品。露丝看不下去了，她冲上甲板，在暮色中深深呼吸着大西洋上寒冷的空气。看来是决定自己终生路途的时候了，人生的路上，只要勇敢地走出一步，就会改变自己一生的命运。她要找杰克，告诉他自己改变主意了。
杰克独自站在船头的甲板上，凝视着海水，失恋的痛苦燃烧着他的心胸，他的眼睛里第一次失去了光彩和自信。也许上天眷顾他，在他陷入苦闷的深渊时，灵光重现，蓦然回首，心爱的人已经站在那里。露丝披一缕轻纱站在晚霞里，默默地望着他。杰克情不自禁拥上前去，拉起露丝的手。
失望和消沉一扫而光，他又恢复了乐观豪爽的天性，他要露丝闭上眼睛，然后带她体验一种前所未有的仙境。露丝信任地伸出手，闭上眼，任凭杰克把她带到任何地方。杰克带着露丝登上船首的栏杆，他们面向前方，临风而立。风吹起露丝棕色的长发，在杰克肩头飘舞。他们缓缓展开双臂，感受清风的抚摸，当露丝睁开双眼时，不禁惊呆了：“我飞起来了！我飞起来了！”多么美妙的感觉啊，面前是一无遮拦的大海，海水激起的浪花就在脚下，自己就置身在海天之间。与杰克紧紧贴在一起的双臂，就是一对双人翅膀，可以飞到任何向往的地方。露丝轻盈地一转身，拥在杰克的怀中，两人炽热的双唇紧紧地贴在了一起……
露丝带着杰克回到她的头等舱，从保险箱里取出镶着“海洋之心”的蓝宝石项链，她要戴着让杰克给她画裸体像。当露丝的身体完全地展现在杰克眼前时，他感到一阵慌乱，但是他的创作激情被唤醒了，很快就进入状态，飞快地在纸上画起来。露丝的心跳得很厉害，却还不忘和他打趣，幸亏杰克的专业素质让他控制了自己的欲望，不久一幅饱含深情的素描浮现在了纸上。
画完不久，喝完酒的霍利回来了，两人赶紧从后门溜走。霍利看见保险柜里露丝的裸体画，顿时犹如五雷轰顶，他知道自己的未婚妻另有所爱，不禁暴跳如雷。他吩咐管家和仆人去找，一定要跟杰克好好地算账。沉浸在爱情中的杰克和露丝，却和管家玩捉迷藏的游戏。他们从头等舱下到底舱，穿过机声隆隆的机房，跑到货舱里。在一辆汽车的车厢里，两个相爱的人再也按捺不住内心的激动，偷尝了禁果。杰克第一次，也是最后一次占有了露丝。刻骨铭心的爱，瞬间就是永恒。
两人又跑到甲板上，拥抱亲吻着，巨大的幸福疯狂。但是此刻，灾难却来了，没有一个人能预料到，是一场灭顶之灾。
船东和船长都希望泰坦尼克号能创下横渡大西洋的新记录，所以船不分昼夜地全速航行。进入寒流控制的水域之后，就经常可以看到漂移的冰体，但是船长对自己26年的航海经验太过自信，对于冰山警报也是一笑了之，所以船仍旧全速前进，只是派几个守望员靠肉眼观察以避险。灾难就在这样一种狂妄的自信中降临了。
一座巨大的冰山挡住了客轮航线，当守望塔在漆黑的海面上发现冰山时，泰坦尼克号还在全速前进。警报声从守望塔传来，船长立即命令急速左转，但仍然无法避开冰山。巨大的船体擦过冰山，货舱刹那间被划破一条长长的口子，海水无情地涌进来，就像大坝决堤一样。冰山继续划破船体，看起来坚硬的金属在它面前简直不堪一击，轻轻一划立即折断。成吨的海水被吸进舱里，一分钟内海水已至船骨以上14尺，底部3个舱和6号锅炉房都有进水，船尾开始下沉了。
乘客们大多都在船舱里，很少有人把这船身的“微微一震”当成灭顶之灾的前兆，仍旧做着自己的事。杰克和露丝在甲板上看到了冰山的冲撞，他们真切地感受到了这危险，所以露丝找到泰坦尼克号设计师安德鲁，这位天才设计师悲哀地告诉他们：最多还有两个小时，船就会沉没。而且更糟糕的是，这船上的救生设备只够一半人使用。安德鲁让她赶快穿上救生衣，去甲板准备上救生艇离开大船，露丝急忙赶回舱房找她母亲。杰克万万没有想到，霍利和船警正等着他们呢，管家把海洋之心偷偷放在他的衣兜里，然后诬陷他是小偷。杰克有口难辩，被船警带走，铐在底层的一间船舱里。露丝已经糊涂了，未经世事的她显然无法马上判断事情的真相。
设计师告诉船长船将要沉没的噩耗，侍应生们开始分发救生衣，死亡的阴影笼罩着泰坦尼克号。露丝随母亲和霍利来到甲板上，船员们正在紧张地准备救生艇，忙碌，但不慌乱，紧张，但有秩序。船上的救生艇只够一半人使用，其他人将被抛在冰海里淹死或冻死，因此，救生艇成了人们活命的惟一希望。
船已经一半没入水中，求救信号不断发射到夜空中。等到人们终于意识到危险后，船舷边便开始混乱了。一支乐队在甲板上演奏，他们期望用音乐来缓解人们的紧张情绪。
船长宣布让妇女和孩子先上救生艇，露丝的母亲、女暴发户玛丽太太被安排上了第一艘。露丝拒绝登艇，她要去救杰克。她摆脱霍利的阻拦，告别母亲，跑回船里。她全然不顾生命危险，乘升降机下到底层，在船员通道左冲右突，终于找到了杰克。他被铐在一间小房的铁杆上，海水已经漫到他的腰际，钥匙又被霍利的管家拿走了。露丝找到一把消防斧，在杰克鼓励下，闭上眼睛，用力地斩断手铐，杰克得救了。他们来到三等舱的出口，发现铁栅栏紧锁着，人们挤在铁门内，无法上去，原来头等舱乘客有优先逃生的机会，三等舱的人只能靠后。三等舱的人难道就不是人了吗？杰克被激怒了，他带领年轻力壮的小伙子砸开栅栏门，然后和露丝一起，随着三等舱的人流涌上甲板。
甲板上已是一片混乱，求生的欲望使人们争抢着登上救生艇，一旁的船员只得鸣枪维持秩序。这时间，大部分救生艇正在划离泰坦尼克号，人多艇少，头等舱的乘客自顾逃命，本可容纳70多人的救生艇，有的只装了20多个人就匆匆离去了，设计师安德鲁发现这个问题时已经晚了。现在只剩最后两只救生艇了，杰克强迫露丝登船。已买通船员随时可以逃命的霍利发现了他们，他假惺惺地劝露丝上救生艇，并把自己的大衣披在露丝身上，却忘了大衣口袋里那颗“海洋之心”。在霍利的保证下，露丝心疑地上了救生艇。救生艇被缓缓地从船舷放下洋面，露丝望着那两个男人站在即将沉没的大船上，离自己越来越远，不禁泪流满面。忽然，她站起来，拉住缆绳，从缓缓下降的小艇爬到大船的下层。杰克急忙赶来，紧紧地拥抱露丝。“你说过，你跳，我也跳！”露丝深情地说。
霍利也赶来了，在这大难临头之际，他还是不能克制心中的妒火，他愤怒地用手枪追杀这对令他忍无可忍的恋人，直到打完最后一颗子弹，杰克和露丝跳入大厅的水中逃走。但是底下无疑是地狱的入口，他们历经千难万险，凭着惊人的毅力，终于摆脱激流逃回板上。甲板上放下最后一只救生艇，人们汹涌而来。维持秩序的梅道开枪打死一人，人群稍稍有些平静。但是因为自责，梅道还是当众开枪自杀，以示赎罪。在自杀前，他将霍利买命的钱扔还给他，鄙夷地训斥道：“现在钱也救不了你的命了！”走投无路的霍利情急之中抱起一个孩子，声称他是孩子惟一的亲人，靠这卑鄙的一招，他上了救生艇。
最后一条救生艇也满了，最后的希望消失了。泰坦尼克号沉没在即，船上一片混乱，人们惊恐的目光带着世纪末的绝望和无助。船上尚有1000多人，人们四处奔突，孤独哀号。乐队的成员一个都没走，依然在演奏。轻柔的音乐声安慰着船上安静等死的人们：把自己关进驾驶舱，与“泰坦尼克”号共存亡的船长；把钟拨到预计沉船的那一刻的设计师；一对依偎在一起的老夫妻；在母亲的故事里安然睡去的孩子……面对永恒的别离，他们的宁静与坦然是那样的崇高和美丽。
但甲板上仍旧一片混乱，人们纷纷四散逃离，海水紧追其后……死亡已经来到眼前。船体倾斜，人们纷纷涌上船头。倾斜角度越来越大，不断有人落水，有人滑向深渊，生命在此刻犹如蝼蚁，没有谁可以挽救。杰克和露丝拚命地向上攀援。他们抱住船头的旗杆，而数小时前，他们还在这里迎风而立，寻找飞的感觉……
船体断裂，烟囱断倒，船尾迅速摔向海面，又被船头带着沉入海底。现在船尾几乎垂直地插进水中，最后关头到来了。尚未爬到船尾或爬到了而没有抓住支撑物的人纷纷跌落，“我们可以活的，露丝。”杰克安慰她，勇敢的杰克每一步都做出了正确的决策，在沉没的最后一刻，他们深吸一口气抵抗住巨大的潜流，各自浮出水面。
海面上全是沉浮攒动的人头，都是惊恐万状的呼叫。“泰坦尼克”号沉没了。
杰克抓到一块木板，让露丝爬上去，但是木板只能承载一个人，他只好呆在冰冷的水里。他抓住木板的边缘，安慰她说救生艇会来救他们的，海水的冰冷让他直打颤，声音也发抖了。水面上凄惨的喊声渐渐平息下来，露丝快要坚持不住了，杰克依旧安慰着露丝，他要她坚持住，无论如何都不能放弃，一定要活下去：“你会生好多的孩子，子孙满堂，你会长寿，是死在暖和的床上不是这儿，不是今晚，不是这么死，你懂吗？”露丝答应了。
渐渐地，冰冷让他的头已经抬不起来了，杰克的时间不多了，他要把话说完，他必须使露丝活下去。此刻，他不顾自己的颤抖与喘息，略有些急促地对露丝说：“我赢得船票是一生最幸福的事情，我能认识你，是我的幸运，露丝，我满足了。”他艰难地停了一下，又鼓起劲儿说下去，“我还有……还有一个心愿……你必须答应，要活下去……不……不能绝望……无论……发生什么，无论……多么……艰难……快答应我，露丝……答应我，一定做到……”露丝哭着答应道：“我一定做到，杰克……一定做到……”
不知过了多久，寒星闪烁的夜幕下，冰冷的水面一片死寂，水面上浮着一具具被冻僵了的尸体。救生艇返回来了，露丝呼唤着杰克，但杰克没有回答，他已经死去。那个永不放弃的诺言让她获得了力量，她掰开紧握着她的手指，看着冻僵了的杰克静静地沉到水里。然后她翻入水里，吹响了哨子，救生艇上的人听到了，露丝获救了。
温暖的黎明来到了，几个小时之后，“喀尔巴阡山”号搭救了救生艇上的所有的幸存者。幸存者中也有霍利，他似乎是在寻找露丝，但露丝默默地避开了。
灾难让人看清了丑恶与美好，看清了人为的悲剧和人间的真爱。1500人掉进大海里，当时有20条救生船就在附近，只有一条回来救人，一共只救了6个人，露丝就是其中一个。讲到这里，老太太哽咽了，故事至此已经结束，最后她无限深情地说：“现在，你们知道有个叫杰克·道森的人，他救过我的命……让我懂得了生命的真正价值。我连他的相片也没有，可他一直活在我的记忆里。”
人们都被这个故事感动了，每个人都从中得到了不同的启示。布拉克也放弃了寻找海洋之星的夙愿，但是他不知道这个无价之宝正在露丝的手里。寂静无人的时候，老太太颤颤巍巍地爬上栏杆，看着脚下那片幽深的黑暗，毫不犹豫地将项链丢进了海里……
恍惚之中，泰坦尼克号仿佛重现往日的奢华，雕花大门一扇扇打开，楼梯上一个人转过身来，仍旧是当年年轻英俊的杰克，他拥住美丽的露丝，深情的吻，一片光明……