詹姆斯·卡梅隆一向着迷于深海探险和沉船残骸，对他来说泰坦尼克号就是“沉船界的珠穆朗玛峰”。当罗伯·巴拉德（是一位美国海军退役中校，他最为人所知的就是于1985年发现泰坦尼克号残骸）首次发现泰坦尼克号残骸后，他开始感受到这个故事的潜力，并表示泰坦尼克号沉没事故是一个“伟大的、真实的小说”。当他觉得可以考虑从事海底探险时，几乎改变了他的人生；他在学校从物理学转读艺术后仍然感到“精神上的焦躁不安”。因此，当他有机会拍摄一部IMAX电影，而且是实际拍摄残骸本身的镜头时，他决定寻求好莱坞的资金协助，因为“同样要下去探险，为何不让电影公司替我付钱？”，卡梅隆说：“这不是因为我想拍电影，而是因为我特别想潜入沉船里”。
卡梅隆为《泰坦尼克号》撰写了剧本论述，并带着肯·马歇尔创作的泰坦尼克号画册，与彼得·切尔尼等二十世纪福克斯的高层会面，他将其称为“在泰坦尼克号上的罗密欧与茱丽叶”，卡梅隆透露，对方有些不可置信，因为这将是一部长达三小时的浪漫史诗电影，并问他：“是否有点像《终结者》？有战斗机和枪战追车戏？”，卡梅隆回答：“不不不，不是这样”。电影公司对《泰坦尼克号》的商业前景半信半疑，但由于希望与卡梅隆建立长期的合作关系，他们核准了制作所需的预算。
卡梅隆说服了二十世纪福克斯，以拍摄泰坦尼克号残骸的实际镜头来宣传这部电影，并以超过两年的时间来组织潜水行动。卡梅隆表示：“我的看法是必须更详细拍摄。所以我说‘看，我们必须探索整艘泰坦尼克号，因为他们正在查找钻石，所以我们需要这艘船的每个镜头’”、“我们可以用精心制作的（泰坦尼克号）模型、动作控制镜头、电脑成像以及其他该有的一切来拍。或者，多花三成的费用去实际拍摄残骸”。
1995年，卡梅隆领导的摄制团队在大西洋下潜了12次，花费大量的时间拍摄泰坦尼克号残骸，累计起来甚至超越当年乘客搭船的时间。在残骸遗址将近4公里的深度中，水压超过450巴（4,100万帕斯卡尔），“（潜艇）结构上有一个小缺陷即可令所有人员当场死亡”。这次潜水拍摄行动不仅风险很高，而且因为不利的条件，使卡梅隆拍不到他想要的高质量画面。在其中一次潜水中，一个潜水器与泰坦尼克号残骸碰撞，损坏了潜水器和残骸，并使潜水器螺旋桨护罩的碎片散落在上层建筑周围。船长寝室的外部舱壁也坍塌，露出了内部空间。头等主楼梯入口周围的区域也受损。
卡梅隆与他的团队长时间下潜到残骸现场，使他们都“不想辜负历史的真实性...残骸带给我们另一个层级的感受，它不只是一个故事，也不是一场戏而已”，卡梅隆继续说：“这是发生于真人的事件，人真的死了。在泰坦尼克号残骸旁边工作这么久，你会深深感受到它强烈的悲伤与不公平，它会带给你如此强烈的感觉”、“你想，可能不会有很多电影制作人亲自去勘察泰坦尼克号，可能永远不会有另一个人这样做——这或许是一出纪录片”。基于这个原因，他感到“有一个重大责任——传达它的情感消息——泰坦尼克号有权要求我们完成这个使命”。
拍完海底镜头后，卡梅隆开始编写剧本。他想要向那些在沉没事故中死去的人致敬，所以他花了六个月时间研究泰坦尼克号所有的船员和乘客。他说：“我读了所有能读的东西，我制作出一份详细的泰坦尼克号航行时间表，以及在她生命中最后一夜非常详细的时间表”、“我在其中编写了剧本，接着找来一些历史专家分析我写的内容并对其进行评论，最后我将它修正”。卡梅隆非常注重细节，甚至包括一个加州人号的场景，描写这艘船在泰坦尼克号沉没中扮演的争议角色，虽然后来删减了这场戏。从拍摄开始，卡梅隆和摄制团队已经对这一晚船上发生的事“有一个很清晰的影像”。卡梅隆说：“我的写作室摆满了泰坦尼克号的东西，就像一个图书馆，因为我希望做到符合史实，尤其是我们将要潜水到那里”、“这在某种程度上提高了标准——它在某种意义上提升了电影质量。我们希望电影可以明确的将这段历史时刻影像化，就像你坐上时光机回到过去然后拍下来一样”。
卡梅隆认为，在这部电影之前，就有很多关于泰坦尼克号的电影，但这些电影所传达的更多的是一群富人在泰坦尼克号上死掉了，然而泰坦尼克号实际上是有多种阶级的人士的，因而他创作了一部展现更多阶级的泰坦尼克号电影，并且电影里露丝的逃生方法的灵感也是来源于一名中国乘客（方荣山）的逃生方法。卡梅隆觉得泰坦尼克号沉没事故“就像一部实际发生过的伟大小说”，不过随着时间流逝，事件中蕴含的人性和活力已经消失殆尽，仅仅成为了一则启发道德的神话故事，而这部电影将会带领观众全心投入，亲身体验历史。宝藏猎人布洛克·洛维特代表那些从未将悲剧与人性因素联系在一起、不明白如何看待这起事件的人。
卡梅隆认为，杰克和露丝绽放的浪漫将成为故事中最引人入胜的部分——男女主角带领着观众从船首游历到船尾，踏足船上每个有趣的地方，使观众“领会到船上大多数乘客无法体验的欢乐和豪华”；当他们的爱情最终因为灾难而破灭时，观众又将为他们的天人永隔而哀痛。他说：“我所有的电影都是爱情故事，但在《泰坦尼克号》中，我终于得到了平衡。这不是一部灾难电影，经过严格考究后，这是一部建基于真实历史上的爱情故事”。
卡梅隆又在这段浪漫故事中创造一个年老的露丝，使这段经历将近一世纪的爱情更显凄美与浓烈。虽然饰演露丝的凯特·温丝莱特和格洛莉娅·斯图亚特都表示，她们相信“露丝不是在床上睡着，而是在电影结束时辞世”，不过卡梅隆表示，他宁愿不透露他的意图与结局，因为他的答案“因人而异，希望观众独立思考”
