2006 wechselte Massa als Stammfahrer zu Ferrari und löste seinen Landsmann Rubens Barrichello ab, der zu Honda wechselte. Massa wurde Teamkollege von Michael Schumacher, der von 2000 bis 2004 mit Ferrari fünfmal die Weltmeisterschaft gewonnen hatte. Nachdem Massa bei den ersten vier Rennen dreimal in die Top 10 gekommen war, erzielte er beim Großen Preis von Europa als Dritter seine erste Podest-Platzierung in der Formel 1. Fünf Rennen später in den USA wurde er Zweiter. Bei den zwei darauf folgenden Rennen in Frankreich und Deutschland folgten weitere Podest-Platzierungen. Zwei Rennen darauf, beim Großen Preis der Türkei startete Massa erstmals von der Pole-Position und erzielte im Rennen seinen ersten Formel-1-Sieg. Nach einem zweiten Platz beim Großen Preis von Japan gewann er bei seinem Heimrennen in Brasilien erneut. Massa wurde mit 80 Punkten Dritter in der Fahrerweltmeisterschaft und unterlag damit intern Schumacher, der als Zweiter 121 Punkte erzielt hatte.