Dato il suo passato di collaudatore, Massa venne scelto come pilota della Scuderia Ferrari per la stagione 2006 in sostituzione del connazionale Rubens Barrichello, affiancando il 7 volte campione del mondo Michael Schumacher. Con la Ferrari colse il primo podio (3º posto al Nürburgring) e successivamente completò la doppietta Ferrari al Gran Premio degli Stati Uniti. Fu ancora terzo nel Gran Premio di Francia, per poi arrivare alla prima vittoria della carriera, accompagnata dalla prima "pole position", al Gran Premio di Turchia.