Felipe Massa choisit le après l'adoption de la règle sur les numéros permanents en Formule 1. En Australie, pour le premier Grand Prix de la saison, il se qualifie en neuvième position, devant son coéquipier mais, en course, percuté au premier virage par Kamui Kobayashi victime d'un problème de freins, il abandonne. En Malaisie, qualifié treizième, devant son équipier Valtteri Bottas, il se classe septième de l'épreuve en ignorant les consignes de son écurie lui demandant de laisser passer Bottas ce qui provoque quelques tensions au sein de l'équipe. À Bahreïn, profitant de la pénalité de Daniel Ricciardo, il s'élance septième et termine la course à la même position. En Chine, il se qualifie sixième, juste devant son coéquipier. Auteur d'un excellent départ, un arrêt au stand catastrophique ruine sa course : ses mécaniciens ne retrouvent pas ses pneus arrière puis éprouvent de grandes difficultés à installer l'arrière-gauche, l'arbre de roue semblant endommagé après une touchette au départ avec Alonso. Il ressort des stands dernier et se classe quinzième de l'épreuve. À Barcelone, neuvième au départ, il finit treizième. À Monaco, il est accroché par la Caterham de Marcus Ericsson lors de la première partie des qualifications et voit sa Williams FW36 immobilisée. Parti de la seizième position, il termine la course septième. Au Canada, qualifié en cinquième position, il est victime d'un long arrêt au stand mais remonte jusqu'à la cinquième place, ayant momentanément mené le Grand Prix et brisé l'hégémonie des Mercedes ; dans le dernier tour, il est sur le point de dépasser Sergio Pérez lorsque celui-ci change de trajectoire et provoque un violent accident et leur double abandon. Pérez jugé fautif de l'accident est pénalisé d'un recul de cinq places sur la grille du Grand Prix d'Autriche tandis que Massa, classé douzième, obtient le meilleur tour en course.