Massa memulakan kerjayanya dalam Formula Satu bersama pasukan Sauber, sebelum menyertai Ferrari sebagai pemandu ujian pada tahun . Beliau kembali bersama Sauber, dan berlumba untuk mereka pada tahun dan , sebelum menyertai Ferrari semula pada tahun , di mana beliau memenangi dua perlumbaan, termasuk perlumbaan tuan rumahnya dan menjadi pemandu Brazil yang pertama sejak Ayrton Senna untuk memenangi Grand Prix Brazil. Massa memenangi tiga perlumbaan pada tahun dan mendapat tempat keempat dalam Kejuaraan Pemandu. Beliau mendapat tempat kedua dalam Kejuaraan Pemandu Dunia selepas bertarung dengan Lewis Hamilton untuk gelaran tersebut. Di Grand Prix Hungary 2009, Massa mengalami kecederaan selepas terkena spring ampaian dari kereta Brawn GP milik Rubens Barrichello. Massa gagal untuk berlumba dalam baki perlumbaan tahun tersebut, tetapi kembali semula pada tahun . Prestasi Massa merudung pada tahun selepas gagal menaiki podium, tetapi terus konsisten dengan mengutip mata kejuaraan. Massa juga membantu Ferrari memenangi Kejuaraan Pengeluar pada tahun 2007 dan 2008 dan beliau akan kekal bersama Scuderia Ferrari sehingga akhir musim 2013. Pada 10 September 2013, Massa mengesahkan bahawa beliau akan meninggalkan Ferrari selepas tamatnya kejuaraan musim 2013.