1912年4月15日，载着1316号乘客和891名船员的豪华巨轮“泰坦尼克号”与冰山相撞而沉没，这场海难被认为是20世纪人间十大灾难之一。1985年，“泰坦尼克号”的沉船遗骸在北大西洋两英里半的海底被发现。美国探险家洛维特亲自潜入海底在船舱的墙壁上看见了一幅画，洛维持的发现立刻引起了一位老妇人的注意。已经是102岁高龄的罗丝声称她就是画中的少女。在潜水舱里，罗丝开始叙述她当年的故事。
1912年4月10日，被称为“世界工业史上的奇迹”的“泰坦尼克号”从英国的南安普顿出发驶往美国纽约。富家少女罗丝与母亲及未婚夫卡尔一道上船，另一边，不羁的少年画家杰克靠在码头上的一场赌博赢到了船票。罗丝早就看出卡尔是个十足的势利小人，从心底里不愿嫁给他，甚至打算投海自尽。关键时刻，杰克一把抱住了少女罗丝，两个年轻人由此相识。
为排解少女心中的忧愁，杰克带罗丝不断发现生活的快乐之处。很快，美丽活泼的罗丝与英俊开朗的杰克相爱了，罗丝脱下衣服，戴上卡尔送她的项链，让杰克为她画像，以此作为他们爱情的见证。当他俩做爱时，“泰坦尼克号”撞上了冰山。
惨绝人寰的悲剧发生了，泰坦尼克号上一片混乱，在危急之中，人类本性中的善良与丑恶、高贵与卑劣更加分明。杰克把生存的机会让给了爱人罗丝，自己则在冰海中被冻死。
老态龙钟的罗丝讲完这段哀恸天地的爱情之后，把那串价值连城的珠宝沉入海底，让它陪着杰克和这段爱情长眠海底。
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