2002-ben kezdett a Sauber istállónál, 2006-tól pedig Michael Schumacher csapattársa volt a Ferrarinál. 2008-ban második lett a vb-pontversenyben, mindössze egy ponttal lemaradva a brit Lewis Hamilton mögött.
2009-ben a Hungaroringen egy autóról leszakadó rugó fejen találta, ami miatt életveszélyes sérülésekkel szállították kórházba – végül felépült a balesetből, és folytatni tudta a versenyzést.
Jelenlegi csapatához, a Williamshez 2014-ben szerződött. Massa pályafutása során 41-szer állhatott dobogóra – 11-szer futamgyőztesként.
