Op het laatste moment koopt een rijke Amerikaanse expat in Europa, Richard Sturges (Clifton Webb), van een Baskische immigrant een ticket voor de eerste reis van de RMS Titanic in de stuurklasse (de laagste klasse). Eenmaal aan boord gaat hij op zoek naar zijn weggelopen vrouw, Julia (Barbara Stanwyck). Hij ontdekt dat zij probeert hun twee nietsvermoedende kinderen, de 18-jarige Annette (Audrey Dalton) en de 10-jarige Norman (Harper Carter), mee te nemen naar haar geboorteplaats Mackinac Island, Michigan, om ze op te voeden als nuchtere Amerikanen in plaats van ontheemde elitairen zoals Richard zelf.
Als het schip zich klaarmaakt voor vertrek, krijgt haar kapitein, Edward J. Smith (Brian Aherne), een hint van de vertegenwoordiger van de rederij dat een record-snelle overtocht welkom zou zijn.
Andere passagiers zijn Maude Young (gebaseerd op de echte Titanic-overlevende Margaret “Molly” Brown), een rijke vrouw van arbeidersafkomst (Thelma Ritter); sociaal-klimmende Earl Meeker (Allyn Joslyn); een 20-jarige Purdue University-tennisser, Gifford “Giff” Rogers (Robert Wagner); en George S. Healey (Richard Basehart), een katholieke priester die uit zijn ambt ontheven is wegens alcoholisme.
Als Annette Julia’s bedoelingen verneemt, staat ze erop om met Richard op het volgende schip naar Europa terug te keren zodra ze Amerika bereiken. Julia geeft toe dat Annette oud genoeg is om haar eigen beslissingen te nemen, maar ze staat erop dat ze de voogdij over Norman houdt. Dit maakt Richard boos en dwingt Julia te onthullen dat Norman niet hun zoon is, maar het resultaat van een one-night stand na een van hun vele bittere ruzies. Als hij dit hoort, stemt hij ermee in alle aanspraken op Norman op te geven. Hij voegt zich bij Maude, Earl en George Widener in de zitkamer om veilingbridge met hen te spelen. Als Norman hem de volgende ochtend herinnert aan een sjoelbakwedstrijd die ze hadden gepland, wimpelt hij hem kil af.
Tussen valt Giff op het eerste gezicht voor Annette. Aanvankelijk wijst ze zijn brutale pogingen om elkaar beter te leren kennen af, maar uiteindelijk wordt ze warm voor hem. Die avond zingen en spelen Giff, Annette en een groep jongeren piano in de eetzaal, terwijl kapitein Smith vanaf een hoektafel toekijkt.
Tweede officier Charles Lightoller (Edmund Purdom) spreekt tegenover kapitein Smith zijn bezorgdheid uit over de snelheid van het schip als ze twee berichten van andere schepen ontvangen waarin ze waarschuwen dat er ijsbergen in de buurt van hun route zijn gezien. Smith verzekert hem echter dat er geen gevaar is.
Die nacht echter, ziet de uitkijk een ijsberg recht voor hen. Hoewel de bemanning het gevaar probeert te vermijden, wordt het schip onder de waterlijn doorboord en begint het water op te nemen. Als Richard kapitein Smith vindt, staat hij erop dat hem de waarheid wordt verteld: het schip is ten dode opgeschreven en er zijn niet genoeg reddingsboten voor iedereen aan boord. Hij zegt zijn gezin zich warm maar netjes aan te kleden; dan gaan ze naar buiten.
Richard en Julia hebben een betraande verzoening op het sloependek, terwijl hij haar, Annette, en Norman in een reddingsboot zet. Ongemerkt door Julia staat Norman zijn plaats af aan een oudere vrouw en gaat op zoek naar Richard. Als een van de lijnen in de knoop raakt, waardoor de boot niet kan zakken, klimt Giff naar beneden om de knoop te herstellen, maar hij verliest zijn greep en valt in het water. Bewusteloos maar levend wordt hij op de boot gesleept.
Meeker vermomt zich als vrouw om aan boord van een reddingsboot te komen, maar Maude Young merkt zijn schoenen op en ontmaskert hem voor de ogen van de anderen in de boot. Aan de andere kant van het spectrum van moed en onbaatzuchtigheid gaat George Healey naar beneden in een van de ketelruimten om gewonde bemanningsleden te troosten.
Terwijl de Titanic in haar laatste momenten is, vinden Norman en Richard elkaar. Richard vertelt een passerende steward dat Norman zijn “zoon” is en vertelt Norman vervolgens dat hij elke dag van zijn leven trots op hem is geweest. Dan zingen ze samen met de rest van de gedoemde passagiers en de bemanning de hymne “Nader, mijn God, tot U”. Als de laatste ketel ontploft, duikt de boeg van de Titanic naar beneden en draait haar achtersteven hoog de lucht in, terwijl ze snel het ijskoude water in glijdt. De overgebleven overlevenden worden voor het laatst gezien in de reddingsboten, wachtend op hulp terwijl de dageraad nadert.