Op 11 november 2013 maakte het Formule 1-team van Williams bekend, dat Massa in 2014 voor dit team zou rijden naast Valtteri Bottas. Massa rijdt daar met startnummer 19. In de Grand Prix van Oostenrijk behaalde hij zijn eerste pole position sinds Brazilië 2008. Hij eindigde de race als vierde achter de Mercedessen van Nico Rosberg en Lewis Hamilton en achter teamgenoot Bottas. In de Grands Prix van Italië, Brazilië en Abu Dhabi eindigde hij vervolgens op het podium en werd zevende met 134 punten.