Pour filmer les scènes où le navire est en pleine mer, ainsi que certaines scènes du naufrage, le studio Digital Domain, chargé des effets spéciaux, a utilisé une maquette du Titanic au 1/20e. Le Carpathia n'a en revanche pas été reconstruit. Les scènes qui s'y déroulent ont en réalité été tournées sur le décor du Titanic réaménagé.
 
Des décors intérieurs indépendants ont également été créés, représentant la salle à manger de première classe et le Grand Escalier. Les deux décors ont été conçus de façon à pouvoir être inclinés et immergés pour les scènes du naufrage. Les moquettes de la salle à manger ont été fournies par la compagnie qui avait produit le modèle authentique.
 
À l'inverse, d'autres décors comme celui du fumoir ne pouvaient être inclinés. Pour les scènes de naufrage se déroulant dans de tels décors, par exemple lorsque Jack et Rose parlent une dernière fois avec le concepteur du navire, Thomas Andrews dans le fumoir, les acteurs ont dû simuler eux-mêmes l'inclinaison du navire en se penchant de côté, de même que la caméra.
 
Il a également fallu placer des accessoires spéciaux, comme des verres au contenusolide et incliné. Enfin, certains décors n'ont été créés qu'en maquettes à échelle 1/4, comme le salon de première classe. Les acteurs ont donc tourné sur fond vert les scènes où ils se trouvent dans cette pièce, puis ont été intégrés dans le décor durant la postproduction.
 
Pour loger les décors immergeables, la 20th Century Fox a acquis seize hectares de terrain le long des côtes de Rosarito, en Basse Californie mexicaine.
 
Des opérations de dynamitage ont débuté en juin 1996 pour creuser les bassins, le plus grand ayant une capacité de 85 millions de litres, et le second de 25 millions. Un autre bassin d'une capacité de 1,6 million de litres, a quant à lui servi au tournage des scènes montrant les naufragés qui se débattent dans l'eauglacée et les rescapés dans les canots.