Vuonna 2014 Massa siirtyi Williamsille tallikaverinaan suomalainen Valtteri Bottas. Itävallan GP:ssä Massa otti ensimmäisen paalupaikkansa sitten vuoden 2008. Kilpailussa hän jäi kuitenkin neljänneksi. Italian GP:ssä Massa ajoi kolmanneksi ja otti ensimmäisen palkintokorokesijansa uudessa tallissaan. Kauden päättävässä Abu Dhabin GP:ssä Massa ajoi toiseksi. MM-sarjassa Massa sijoittui pisteissä seitsemänneksi.