Фильм основан на реальных событиях, произошедших с первой атомной советской подводной лодкой, которая потерпела аварию из-за неполадок в атомном реакторе в 1961 году. К-19 — это зримое свидетельство героизма русских моряков, которые служили на этой подводной лодке.
Фильм демонстрирует героизм капитана Алексея Вострикова, который в разгар холодной войны берет на себя командование атомной подводной лодкой К-19 вместо ее первого капитана Михаила Поленина. Миссия Вострикова — быстро подготовить подлодку к погружению, чего бы это ни стоило.
Но Востриков, Поленин и члены экипажа К-19 не могли себе вообразить всего, что от них ожидалось. Они не могли представить, какой ценой обойдется для них стремительность подготовки субмарины к погружению…