Massa rozpoczął karierę w Formule 1 z Sauberem, zanim dołączył do Scuderia Ferrari jako kierowca testowy w 2003 roku. Powrócił do Saubera w latach 2004 i 2005, zanim dołączył do Ferrari, gdzie wygrał dwa wyścigi w 2006 roku, w tym swój domowy Grand Prix, stając się pierwszym Brazylijczykiem od czasu Ayrtona Senny, który wygrał Grand Prix Brazylii. Massa wygrał trzy wyścigi w 2007 roku, kończąc na czwartym miejscu w mistrzostwach kierowców. Zajął drugie miejsce w Mistrzostwach Świata kierowców po długiej walce o tytuł z Lewisem Hamiltonem, wygrywając sześć wyścigów w porównaniu z pięcioma wyścigami Hamiltona. Na Grand Prix Węgier 2009
Massa został ranny przez sprężynę zawieszenia z samochodu Brawn GP Rubensa Barrichello. Massa został zmuszony do przegapienia reszty sezonu, ale powrócił w 2010 roku. Massa stracił formę w 2011 roku, nie zdobywając podium, ale konsekwentnie zdobywając punkty. Massa uczestniczył w mistrzostwach konstruktorów Ferrari w latach 2007 i 2008 i miał kontrakt na wyścigi dla zespołu do końca sezonu. 10 września 2013 roku potwierdził, że opuści Ferrari pod koniec sezonu 2013. Massa zastąpił pastora Maldonado obok Valtteri Bottasa w Williams od 2014 roku.