Massa začal svou kariéru ve Formuli 1 u Sauberu, než se připojil k Scuderii Ferrari jako testovací řidič v roce 2003. Vrátil se do Sauberu v letech 2004 a 2005, než se vrátil do Ferrari, kde v roce 2006 vyhrál dva závody, včetně své domácí Grand Prix, čímž se stal prvním Brazílcem od doby Ayrtona Senny, který vyhrál Velkou cenu Brazílie. Massa vyhrál v roce 2007 tři závody a skončil čtvrtý v šampionátu jezdců. V mistrovství světa jezdců skončil na druhém místě po dlouhé bitvě o titul s Lewisem Hamiltonem, který vyhrál šest závodů proti Hamiltonovi pět. Na Velké ceně Maďarska 2009
Massa byl zraněn odpružením z auta Rubensa Barrichella. Massa byl nucen vynechat zbytek sezóny, ale vrátil se v roce 2010. Massa utrpěl pokles ve formě v roce 2011, když nezískal žádné pódium, ale neustále získával body. Massa se podílel na mistrovství konstruktérů Ferrari v letech 2007 a 2008 a měl smlouvu, aby závodil za tým až do konce sezony. Dne 10. září 2013 potvrdil, že opustí Ferrari na konci sezony 2013. Massa nahradil pastora Maldonada vedle Valtteriho Bottase ve Williams od roku 2014.