影片以3D形式再現經典《鐵達尼號》的愛情故事。
1912年4月10日，號稱 “世界工業史上的奇跡”的豪華客輪泰坦尼克號開始了自己的處女航，從英國的南安普頓出發駛往美國紐約。富家少女羅絲（凱特·溫絲萊特）與母親及未婚夫卡爾坐上了頭等艙；另一邊，放蕩不羈的少年畫家傑克（萊昂納多·迪卡普裏奧）也在碼頭的一場賭博中贏得了下等艙的船票。
羅絲厭倦了上流社會虛偽的生活，不願嫁給卡爾，打算投海自盡，被傑克救起。很快，美麗活潑的羅絲與英俊開朗的傑克相愛，傑克帶羅絲參加下等艙的舞會、為她畫像，二人的感情逐漸升溫。
1912年4月14日，星期天晚上，一個風平浪靜的夜晚。泰坦尼克號撞上了冰山，“永不沈沒的”泰坦尼克號面臨沈船的命運，羅絲和傑克剛萌芽的愛情也將經歷生死的考驗。
