การถ่ายทำภาพยนตร์ ไททานิค เริ่มต้นในเดือนกรกฎาคม ค.ศ. 1996 ที่ ดาร์ตเมาธ์, โนวาสโกเชีย แคนาดา ด้วยการถ่ายทำฉากในยุคปัจจุบันบนเรือ อคาเดมิก มิสติสลาฟ เคลดิช[26] ต่อมาในเดือนกันยายน ค.ศ. 1996 การถ่ายทำย้ายไปที่ฟอกซ์บาฮาสตูดิโอซึ่งสร้างใหม่ที่ โรซาริโต, เม็กซิโก ที่มีฉากของเรือ อาร์เอ็มเอส ไททานิก ขนาดใหญ่[26] ดาดฟ้าท้ายเรือถูกสร้างขึ้นบนบานพับที่สามารถทำให้เอียง 90 องศาได้ในเวลาไม่กี่วินาที ใช้ในฉากที่ท้ายเรือชี้ขึ้นฟ้าแล้วกำลังอับปาง[42] ของประกอบฉากหลายชิ้นเป็นโฟมยาง เพื่อความปลอดภัยของสตันแมน[43] ในวันที่ 15 พฤศจิกายน มีการถ่ายทำฉากขึ้นเรือ[42] คาเมรอนเลือกสร้างฝั่งกราบขวาเรือของ อาร์เอ็มเอส ไททานิก จากการศึกษาข้อมูลสภาพอากาศพบว่าที่นี่มีทิศทางลมเป็นเหนือจรดใต้ ทำให้ควันจากปล่องควันลอยไปด้านหลัง ก่อให้เกิดปัญหาสำหรับการถ่ายทำฉากการเดินทางจาก เซาแทมป์ตัน ซึ่งแต่เดิมนั้นเรือเทียบท่าฝั่งกราบซ้ายของเรือ ทำให้มีการแก้ไขทิศทางของบท เช่นเดียวกับ ของประกอบฉากและเครื่องแต่งกาย ซึ่งจำเป็นต้องพลิกกลับด้าน ตัวอย่างเช่น ถ้าคนไหนเดินไปทางขวาในบท คนนั้นต้องเดินไปทางซ้ายในระหว่างการถ่ายทำ ในช่วงหลังการถ่ายทำ ภาพยนตร์ได้พลิกกลับด้านเพื่อให้ได้ภาพที่ถูกต้อง[44]

มีการว่าจ้างผู้ฝึกสอนเรื่องมารยาทเพื่อสอนนักแสดงให้เรียนรู้มารยาทของคนชั้นสูงในปี ค.ศ. 1912[12] อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้นักวิจารณ์หลายคนก็จับผิดการผิดยุคสมัยที่มีอยู่ในภาพยนตร์ มีไม่น้อยที่นักแสดงนำทั้งสองคนมีส่วนเกี่ยวข้อง[45][46]

คาเมรอนเป็นคนวาดภาพเปลือยของโรส[47] สำหรับฉากที่เขารู้สึกว่ามีฉากหลังของความอดกลั้น "คุณรู้ว่ามันมีความหมายสำหรับเธอ อิสรภาพที่เธอต้องการรู้สึก มันเป็นเรื่องที่น่าดีใจ" เขากล่าว[34] ฉากเปลือยนั้นเป็นฉากแรกที่ดิแคพรีโอกับวินสเล็ตแสดงด้วยกันครั้งแรก "มันไม่ได้มีการออกแบบใด ๆ ทั้งนั้น แม้ว่าผมจะไม่สามารถออกแบบให้ได้ดีกว่านี้ มีความกังวลใจและความกระตือรือร้นและความลังเลใจในตัวพวกเขา" คาเมรอนกล่าว "พวกเขาซ้อมด้วยกัน แต่พวกเขายังไม่เคยถ่ายทำอะไรด้วยกันเลย ถ้าผมมีทางเลือก ผมอาจจะต้องการลงรายละเอียดเข้าไปในฉากนี้ให้มากขึ้น" คาเมรอนกล่าวว่าเขากับทีมงานของเขา "พยายามหาอะไรมาถ่ายทำก่อน" เพราะฉากใหญ่นั้น "ยังไม่พร้อมในอีกหลายเดือน ดังนั้นเราจึงพยายามดิ้นรนเพื่อเติมเต็มทุกสิ่งที่เราทำได้เพื่อจะได้ถ่ายทำ" หลังคาเมรอนเห็นฉากนี้ในภาพยนตร์ เขารู้สึกว่ามันทำออกมาได้ดี[34]

บางครั้งการถ่ายทำก็ไม่ราบรื่นและเป็นประสบการณ์ที่ยากลำบากที่ "สร้างชื่อเสียงที่น่าเกรงขามให้กับคาเมรอนว่าเป็น 'คนที่น่ากลัวที่สุดในฮอลลีวูด' เขากลายเป็นที่รู้จักในฐานะคนที่มีความแน่วแน่, ผู้ยึดติดความสมบูรณ์แบบ" และ "คนที่ตะโกนด้วยความดัง 300 เดซิเบล เหมือนกับ กัปตันไบลห์ ยุคปัจจุบันที่มีโทรโข่งและเครื่องส่งรับวิทยุ บินโฉบหน้าของผู้คนบนรถเครนขนาด 162 ฟุต"[48] วินสเล็ตบิ่นกระดูกในข้อศอกของเธอระหว่างการถ่ายทำและกังวลว่าเธอจะจมน้ำในถังน้ำขนาด 17 ล้านแกลลอนที่มีฉากเรืออับปางอยู่ "มีหลายครั้งที่ฉันกลัวเขาจริง ๆ จิมมีอารมณ์ที่คุณน่าจะไม่เชื่อ" เธอกล่าว[48] "'ให้ตายเถอะ!' เขาจะตะโกนใส่ทีมงานที่น่าสงสารบางคน, 'นั่นคือสิ่งที่ฉันไม่ต้องการ!'"[48] นักแสดงร่วมของเธอ บิล แพกซ์ตัน คุ้นเคยกับวิธีการทำงานของคาเมรอนจากประสบการณ์ที่ผ่านมา "มีผู้คนมากมายในฉากถ่ายทำ จิมไม่ได้เป็นหนึ่งในคนที่มีเวลาที่จะชนะใจและความคิด," เขากล่าว[48] ทีมงานรู้สึกว่าคาเมรอนมีตัวตนอีกด้านหนึ่งที่ชั่วร้าย จึงตั้งชื่อเล่นเขาว่า "Mij" (Jim สะกดย้อนกลับ)[48] คาเมรอนตอบกลับการวิจารณ์เหล่านี้ โดยเขากล่าวว่า "การสร้างภาพยนตร์คือสงคราม การต่อสู้ที่ยิ่งใหญ่ระหว่างธุรกิจและสุนทรียภาพ"[48]

ระหว่างการถ่ายทำฉากบนเรือ อคาเดมิก มิสติสลาฟ เคลดิช ที่แคนาดา มีทีมงานคนหนึ่งใส่ ยาหลอนประสาท เฟนไซคลิดีน ลงไปในซุป ซึ่งคาเมรอนและคนอื่น ๆ ได้กินเข้าไป[11][49] ทำให้ต้องส่งโรงพยาบาลมากกว่า 50 คน รวมถึง แพกซ์ตัน[49] นักแสดง ลูอิส อะเบอร์นาที กล่าวว่า "มีแต่คนกลิ้งไปกลิ้งมาเต็มไปหมด บางคนบอกว่าพวกเขาเห็นเส้นลายตาและประสาทหลอน," [11] คาเมรอนพยายามอ้วกออกมาก่อนที่ยาจะออกฤทธิ์จนหมด อะเบอร์นาทีตกใจแววตาของคาเมรอน "ดวงตาข้างหนึ่งนั้นเป็นสีแดงสนิท, เหมือนตาของเทอร์มิเนเตอร์ มีแต่รูม่านตา, ไม่มีม่านตา, สีแดงล้วน ส่วนตาอีกข้างหนึ่งดูเหมือนเขาดมกาวตั้งแต่อายุสี่ขวบ"[11][48] คนที่อยู่เบื้องหลังการวางยาพิษนั้นจับไม่ได้เลยว่าเป็นใคร[37][50]

ตารางการถ่ายทำนั้นตั้งใจใช้เวลา 138 วัน แต่ก็เพิ่มขึ้นเป็น 160 วัน สมาชิกนักแสดงหลายคนเริ่มป่วยเป็นโรคหวัด, ไข้หวัดใหญ่หรือติดเชื้อในไตหลังใช้เวลาหลายชั่วโมงอยู่ในน้ำเย็น รวมถึง วินสเล็ต จนท้ายที่สุด เธอตัดสินในไม่ร่วมงานกับคาเมรอนอีก นอกเสียจากเธอจะได้รับ "เงินจำนวนมาก"[50] มีหลายคนออกจากการถ่ายทำและสตันแมนสามคนกระดูกหัก แต่ สมาคมนักแสดงภาพยนตร์และโทรทัศน์ ตัดสินใจจากการสืบสวนว่า ไม่มีอะไรที่ไม่ปลอดภัยเกี่ยวกับฉาก[50] นอกจากนี้ ดิแคพรีโอยังกล่าวอีกว่าไม่มีสถานที่ไหนที่เขารู้สึกว่าตกอยู่ในอันตรายระหว่างการถ่ายทำ[51] คาเมรอนเชื่อมั่นในจรรยาบรรณในการทำงานที่ทุ่มเทและไม่เคยขอโทษในวิธีการถ่ายทำของเขา แม้ว่าเขาจะยอมรับว่า:

ผมขอร้องและผมขอร้องกับทีมงานของผม ในแบบที่เหมือนกับทหาร ผมคิดว่ามีวิธีหนึ่งในการรับมือกับตัวประกอบเป็นพันคนและการขนส่งขนาดใหญ่และทำให้ผู้คนปลอดภัย ผมคิดว่าคุณต้องมีวิธีการที่เข้มงวดพอสมควรในการจัดการกับกลุ่มคนจำนวนมาก[50]

ทุนในการถ่ายทำ ไททานิค เริ่มสูงขึ้นจนในที่สุดก็ถึง 200 ล้านดอลลาร์สหรัฐ[4][5][6] ทำให้หนึ่งนาทีในภาพยนตร์มีค่ามากกว่า 1 ล้านดอลลาร์สหรัฐเล็กน้อย[52] ผู้บริหารของฟอกซ์ตื่นตระหนกและเสนอให้ตัดความยาวภาพยนตร์ออกหนึ่งชั่วโมงจากภาพยนตร์สามชั่วโมง พวกเขาโต้เถียงว่าภาพยนตร์ยิ่งยาว ยิ่งมีรอบฉายที่น้อยลง ทำให้ทำเงินได้น้อยกว่า แม้ว่าภาพยนตร์มหากาพย์ที่เรื่องยาว มีแนวโน้มที่จะช่วยให้ผู้กำกับชนะรางวัลออสการ์ คาเมรอนปฏิเสธแล้วบอกฟอกซ์ว่า "คุณอยากจะตัดหนังของผมเหรอ? คุณจะต้องไล่ผมออก! คุณอยากไล่ผมออก? คุณจะต้องฆ่าผม![11] เหล่าผู้บริหารไม่ต้องการเริ่มต้นใหม่เพราะนั่นจะหมายถึงการสูญเสียสิ่งที่พวกเขาลงทุนทั้งหมด ในช่วงแรกพวกเขาปฏิเสธข้อเสนอของคาเมรอนที่จะไม่รับส่วนแบ่งกำไร เนื่องจากพวกเขาคาดการณ์ภาพยนตร์ไม่น่าทำกำไร[11]

คาเมรอนอธิบายการที่เขาไม่รับส่วนแบ่งนั้นซับซ้อน "... ภาพยนตร์ที่สั้นกว่านั้นใช้ทุนสร้างตามสัดส่วนมากกว่า คนเหล็ก 2029 ภาค 2 และ คนเหล็ก ผ่านิวเคลียร์ เสียอีก ภาพยนตร์เหล่านั้นใช้ทุนสร้างเพิ่มขึ้นจากเดิมร้อยละเจ็ดหรือแปดจากทุนสร้างเริ่มต้น ไททานิค เริ่มต้นด้วยทุนสร้างที่เยอะอยู่แล้ว แต่มันก็เพิ่มขึ้นเยอะมาก" เขากล่าว "ในฐานะที่เป็นผู้อำนวยการสร้างและผู้กำกับ ผมรับผิดชอบในส่วนของสตูดิโอที่เขียนเช็ค ดังนั้นผมทำให้พวกเขาเจ็บปวดน้อยลง ผมทำอย่างนั้นสองครั้งในสองโอกาสที่แตกต่างกัน พวกเขาไม่ได้บังคับให้ผมทำ พวกเขาดีใจที่ผมทำ"[34]