Nel 2016 Massa apre la stagione con un quinto posto in Australia, dopo essere scattato dalla sesta piazza. In Bahrain, dopo aver occupato la seconda piazza nei primi giri, chiude ottavo per via di una errata scelta delle gomme (la Wiliams ha utilizzato esclusivamente gomme medie). In Cina, nonostante una brutta qualifica, chiusa in undicesima posizione, arriva sesto, grazie a una strategia più conservativa. In Russia chiude quinto, dopo essere partito dalla quarta casella. I successivi tre GP vedono Massa raccogliere solo 6 punti, per via di un ottavo posto in Spagna, un ritiro in Canada e due decimi posti a Monaco e in Azerbaigian, scendendo in nona posizione nella classifica piloti. In Austria e Gran Bretagna chiude fuori dalla zona punti. In Ungheria un'errata strategia della Williams in qualifica lo relega nelle ultime file: in gara il pilota brasiliano non riesce a recuperare posizioni, chiudendo diciottesimo. In Germania, partito decimo, viene urtato da Jolyon Palmer, e danneggiata la sua aerodinamica, Massa si ritira dopo aver passato la gara a centro gruppo. In Belgio chiude decimo.