Bencana kapal selam K-141 Kursk tahun 2000 diikuti oleh kelalaian pemerintah. Ketika para pelaut berjuang untuk bertahan hidup, keluarga mereka mati-matian berjuang melawan hambatan politik dan peluang yang mustahil untuk menyelamatkan mereka. Kursk terinspirasi oleh kisah nyata yang tak terlupakan dari K-141 Kursk, kapal selam bertenaga nuklir andalan Rusia yang tenggelam ke dasar Laut Barents pada bulan Agustus 2000. Ketika 23 pelaut berjuang untuk bertahan hidup di atas kapal selam yang rusak itu, keluarga mereka mati-matian berjuang melawan hambatan birokrasi dan peluang yang mustahil untuk menemukan jawaban dan menyelamatkan mereka. Laut Barents, 12 Agustus 2000. Selama latihan angkatan laut Rusia, dan setelah mengalami kecelakaan serius, kapal selam K-141 Kursk tenggelam dengan 118 awak di dalamnya. Sementara beberapa pelaut yang masih hidup nyaris tidak berhasil bertahan hidup, keluarga mereka mendesak untuk mendapatkan informasi yang akurat dan seorang perwira Inggris (Colin Firth) berjuang untuk mendapatkan izin dari pemerintah Rusia untuk mencoba melakukan penyelamatan sebelum terlambat. Agustus 2000: Mikhail Averin adalah orang yang dihormati di Armada Utara Rusia. Di pucuk pimpinan "K-141 Kursk", kapal selam nuklir Rusia paling modern yang dilengkapi rudal jelajah, ia berhasil mengarungi lautan dengan kapal kebanggaan seluruh bangsa. Selama latihan di laut lepas, serangkaian kecelakaan fatal terjadi, mengakibatkan ledakan yang merusak haluan kapal.

Kemudi dan instrumennya rusak, menyebabkan Kursk tenggelam tak terkendali ke kedalaman. Banyak pelaut telah tewas; hanya beberapa yang selamat yang tersisa di buritan kapal selam, terperangkap di dasar Laut Barents. Tanpa cahaya dan tanpa peluang untuk berkomunikasi, para awak kapal berusaha sebaik mungkin untuk menghemat makanan dan oksigen mereka, menunggu bantuan dari luar dalam keadaan kelelahan, basah kuyup, dan ketakutan. Namun, Angkatan Laut Rusia tidak mampu melakukan penyelamatan seperti itu, karena satu-satunya kapal penyelamat yang sedang sakit tidak dapat menjangkau para korban selamat. Meskipun orang-orang yang terjebak terdengar mengetuk-ngetuk dengan putus asa, mereka tidak dapat ditolong. Komodor Inggris David Russell menawarkan bantuan NATO kepada teman Rusia-nya, Laksamana Gruzinsky. Namun, Gruzinsky dipaksa oleh atasannya untuk menolak tawaran tersebut. Sementara itu, istri Averin, Tanya, dan keluarga pelaut lainnya sama sekali tidak mengetahui situasi orang yang mereka cintai. Keluarga mereka yang terjebak berusaha mati-matian untuk menghubungi komando angkatan laut Rusia. Namun mereka keras kepala. Murmansk, Agustus 2000. Kapten-Letnan Angkatan Laut Rusia Mikhail Averin (Matthias Schoenaerts) bersiap untuk latihan Armada Utara yang melibatkan penempatannya, kapal selam kelas Oscar II Kursk.

Pemotongan anggaran mencegah para pelaut menerima gaji yang seharusnya mereka terima, memaksa Averin dan teman-temannya Anton (August Diehl) dan Oleg (Magnus Millang) untuk menukar jam tangan awak kapal selam mereka dengan perlengkapan untuk pernikahan rekan awak mereka Pavel (Matthias Schweighöfer). Setelah pernikahan, para pelaut mengucapkan selamat tinggal kepada keluarga mereka saat kapal berlayar ke laut. Laksamana Grudzinsky (Peter Simonischek) memimpin Armada Utara dan menyesalkan hilangnya kapal akibat pemotongan anggaran. Ia memimpin latihan angkatan laut yang melibatkan 57 kapal permukaan dan 3 kapal selam. Kursk adalah bagian dari kelompok latihan bersama Grudzinsky. Kursk adalah kapal selam nuklir kelas Oscar, senyap dan tak terdeteksi. Dalam perjalanan menuju area latihan, Pavel, perwira persenjataan, memperhatikan bahwa suhu torpedo HTP eksperimental mulai meningkat pesat (suhunya 130 derajat saat lepas landas, tetapi naik menjadi 135 derajat dan kemudian menjadi 148 derajat hanya dalam beberapa jam). Torpedo HTP dianggap murah dan berbahaya, dan Pavel meminta izin untuk menembakkannya lebih awal karena risiko kebocoran minyak tanah. Tujuan Kursk dalam latihan ini adalah untuk menembakkan torpedo eksperimental dan kembali ke pangkalan tanpa terdeteksi. Menyadari kedekatan kapal selam dengan zona yang diizinkan (mereka hanya berjarak 7 menit) dan suhu torpedo yang masih dapat diterima, kapten memerintahkan Pavel dan anak buahnya untuk menunggu.

Saat suhu semakin meningkat, torpedo meledak, menghancurkan kapal dan menewaskan awak ruang senjata. Averin dan anak buahnya, yang berada di buritan, segera mengambil tindakan pencegahan dan memastikan situasi. Suhu ruang senjata yang meningkat pesat meledakkan persenjataan yang tersisa, menewaskan awak anjungan dan mengirim kapal ke dasar. Para penyintas dengan cepat bergerak ke belakang mengamankan kompartemen saat mereka pergi. Averin menghubungi Anton di ruang reaktor, yang mengucapkan selamat tinggal saat kompartemen banjir, setelah mengamankan reaktor dan mencegah bencana nuklir. Orang-orang yang tersisa berkumpul di kompartemen paling belakang kapal, yang dengan cepat kemasukan air. Karena pompa tidak cukup kuat untuk menghentikan air masuk ke kompartemen, para awak dengan putus asa menunggu penyelamatan. Sementara itu, para istri pelaut, termasuk istri Averin, Tanya (Léa Seydoux) dan pengantin baru Pavel, Daria (Katrine Greis-Rosenthal), telah mendengar desas-desus dari Armada mengenai Kursk. Meskipun para perwira angkatan laut tidak memberikan jawaban, mereka menyadari bahwa satu-satunya kapal penyelamat belum meninggalkan pelabuhan. Komodor David Russell (Colin Firth) dari Angkatan Laut Kerajaan Inggris telah mendeteksi tanda seismik dari ledakan ganda tersebut dan dengan cepat menyimpulkan bahwa Kursk telah mengalami kecelakaan. Tawaran bantuannya ditolak oleh kenalannya, Laksamana Grudzinsky (Peter Simonischek), komandan Armada Utara, karena yakin tidak mungkin ada korban selamat.

Ia telah mengirim pesawat tanpa awak ke lokasi Kursk dan melihat lambung kapal yang hancur terekam kamera video. Anak buah Grudzinsky mendengar suara ketukan orang-orang yang terjebak di lambung kapal, dan kapal penyelamat Rudnitzsky segera dikerahkan. Tanya dan istri-istri lainnya merasa tenang, sementara Averin dan anak buahnya sangat gembira mendengar bunyi dentuman kapal selam penyelamat di lambung kapal mereka. Rusia memiliki kapal selam penyelamat, Mir dijual ke perusahaan Amerika yang membawa wisatawan untuk melihat Titanic dengan harga $20.000 per orang. A-32 berada di Laut Hitam dengan masalah stabilizer. Hal ini meninggalkan Priz, yang sudah tua dan usang. Russell (yang telah melihat kapal penyelamat Rusia meninggalkan pelabuhan dan karenanya tahu bahwa ada korban selamat) yakin Grudzinsky akan meminta bantuan dan mulai mempersiapkan kapal penyelamat dan kapal selam mereka sendiri. Namun, kapal selam tua dan tidak terawat itu tidak dapat membentuk segel dan harus kembali ke permukaan bersama pengisian ulang baterai selama 12 jam. Para awak yang terjebak mulai kehabisan oksigen, sehingga Averin dan awak lainnya terpaksa menyelam ke kompartemen yang terendam untuk mendapatkan tabung oksigen, hampir tewas dalam prosesnya. Para awak dengan cemas menunggu upaya penyelamatan berikutnya dengan sedikit makanan dan hanya beberapa selimut, sementara permukaan air perlahan terus naik.

Upaya kapal selam Rusia untuk terhubung dengan kapal selam terus berakhir dengan kegagalan, karena moral para awak dan istri mereka di darat terus merosot. Para istri khususnya, dalam sebuah pertemuan umum, menegur Laksamana Vitaly Petrenko karena menolak bantuan asing dan berbohong mengenai kondisi kapal selam dan para penyintas. Petrenko murka. Ia dengan paksa mengeluarkan semua anggota keluarga awak dari pertemuan tersebut. Laksamana Grudzinsky meminta Russell untuk membawa timnya ke lokasi kecelakaan, tetapi Petrenko merespons dengan mencopot Laksamana Grudzinsky dari komando dan mengulur waktu tim penyelamat di luar zona kecelakaan. Setelah tidak mendengar suara ketukan dari para awak selama upaya penyelamatan terakhir (masih belum ada segel di palka), dan meyakini mereka hampir mati, Laksamana Angkatan Laut Rusia Vitaly Petrenko (Max Von Sydow) akhirnya menerima tawaran bantuan Russell dengan peralatan dan penyelam terbaru. Di kapal selam, Averin menuliskan ucapan selamat tinggal kepada keluarganya, berharap putranya yang masih kecil, Misha, mungkin masih memiliki kenangan tentangnya. Oleg menyelenggarakan "sarapan prasmanan" dengan sedikit makanan yang tersedia untuk meningkatkan semangat, tetapi selama perayaan, awak kapal Leo (Joel Basman) secara tidak sengaja menjatuhkan tabung oksigen ke dalam air, memicu kebakaran mendadak yang menghabiskan sisa oksigen.

Dengan persediaan oksigen yang tersisa beberapa menit, dan tidak ada cara untuk melarikan diri, para awak yang tersisa menyanyikan lagu pelaut mereka, "The Sailor's Band", mengucapkan selamat tinggal satu sama lain. Para penyelam Russell akhirnya berhasil memasuki kapal, tetapi mereka tiba terlambat, dan tidak menemukan korban selamat. Di pemakaman para awak, Misha (Artemiy Spiridonov) (putra Mikhail) menolak menjabat tangan Laksamana Petrenko, yang menunjukkan kemarahan keluarga atas penolakan dan penolakan mereka untuk menerima bantuan dari Armada. Untuk menghormati ayahnya dan atas keberaniannya dalam melawan Laksamana yang mengintimidasi, rekan-rekan pelaut Averin memberikan Misha jam tangan ayahnya, untuk mengenangnya.