Explorant l'épave du "Titanic" à la recherche d'un trésor, l'expédition de Brock Lovett découvre le croquis d'une jeune fille nue, arborant pour seule parure un diamant mythique, le "Coeur de l'Océan". Ayant alerté les médias, Lovett est contacté par une centenaire, Rose Calvert, une ancienne actrice qui se présente comme l'inconnue au diamant. Intrigué, il reçoit à son bord la vieille dame qui, sur les lieux mêmes du naufrage, se rappelle la tragique traversée inaugurale...
Le 10 avril 1912, le "Titanic" appareille pour sa première Transatlantique, emportant vers New York plus de 2000 passagers. À son bord, tout le gratin de la haute société anglo-américaine s'empresse autour du commandant Smith, de Bruce Ismay, président de la White Star Line et de Thomas Andrews, concepteur de "l'insubmersible". Rose voyage avec sa mère, Ruth Dewitt Bukater, et le riche Cal Hockley, avec lequel elle est promise à un mariage sans amour. Mais dans cette vie d'oisiveté et de mornes plaisirs mondains, Rose étouffe. Le soir même, désespérée, elle tente de se jeter à la mer, mais est sauvée in extremis par Jack, un jeune dessinateur passager de la troisième classe, qui a gagné au poker son billet pour rentrer au pays. Contraint de le remercier, Cal l'invite à se joindre à eux pour le dîner, espérant ainsi le ridiculiser. Mais la fougue et l'assurance de Jack séduisent toute l'assistance et Rose tombe sous le charme. Alors que les mondanités se prolongent dans les salons, il l'entraîne dans une fête populaire aux étages inférieurs... Ivres de liberté, les deux jeunes amants immortalisent leur passion par un croquis où Rose pose nue avec pour seul attribut un diamant magnifique que lui a offert Cal. Cette même nuit, le 14 avril, le "Titanic" heurte à toute vapeur un iceberg géant. Le verdict d'Andrews est sans appel : des cloisons étanches sont crevées, le "Titanic" n'a plus que deux heures avant de sombrer et le nombre de canots est insuffisant pour sauver tout le monde. La priorité revient aux premières classes, aux femmes et aux enfants. Alors que les passagers et l'équipage engagent une lutte sans merci contre la mort, Cal, fou de jalousie, tente par tous les moyens de séparer Jack et Rose, avant de préférer sauver sa peau. Les deux amants vivent ensemble les derniers instants du Titanic avant de se réfugier sur une planche, à bout de forces... Lorsque les secours arrivent, Jack a succombé de froid et d'épuisement. Alors que Lovett et son équipage restent bouleversés par ce récit, Rose conjure ce douloureux passé en jetant à la mer le fameux diamant...
Comme le bateau, leur histoire d'amour à une fin.
