Massa je bil v sezoni 2003 testni dirkač za moštvo Ferrari. Prvič je nastopil v Formuli 1 v sezoni 2002 na dirki za Veliko nagrado Avstralije z moštvom Sauber. Prve točke je dosegel že na svoji drugi dirki za Veliko nagrado Malezije s šestim mestom. Prvo uvrstitev na stopničke je dosegel v sezoni 2006, njegovi daleč najboljši sezoni do sedaj, na Veliki nagradi Evrope. V drugem delu sezone sta se tako Ferrari kot Massa občutneje popravila in Brazilec je dosegel svoji prvi zmagi na dirkah za Veliko nagrado Turčije in na veselje številnih brazilskih navijačev tudi na domači dirki za Veliko nagrado Brazilije, ob tem pa je dosegel še štiri uvrstitve na stopničke kar je bilo dovolj za skupno tretje mesto v prvenstvu. V prihodnji sezoni 2007 se mu po upokojitvi Michaela Schumacherja in dobrih obetih glede konkurenčnosti Ferrarija obeta celo možnost za boj za naslov prvaka, toda dobil bo novega močnega moštvenega kolego, Kimija Räikkönena, pred katerim pa je imel vsaj na začetku sezone lepo prednost v večjem poznavanju dirkalnika. Zaradi več okvar in napak je odpadel iz boja naslov prvaka že pred zaključkom sezone, toda da je osvojil četrto mesto v prvenstvu. Od je z Valtterijem Bottasom nastopal za Williams. Po je že napovedal upokojitev, toda po nepričakovanem prestopu Bottasa k Mercedesu je podaljšal kariero še za .