Massa begynte å kjøre gokart da han var 8 år gammel. Han konkurrerte i nasjonale og internasjonale mesterskap i 7 år før han i 1998 ble nr. 5 i det brasilianske mesterskapet i Formula Chevrolet. I den påfølgende sesongen vant han 3 av 10 løp og tok mesterskapstittelen. I 2000 flyttet han til Europa for å kjøre den italienske Formel Renault-serien, som han vant i tillegg til det europeiske Formel Renault mesterskapet. Han valgte deretter å kjøre det europeiske Formel 3000 i stedet for Formel 3, og tok et dominant mesterskap med seier i 6 av 8 løp. Han ble tilbudt en Formel 1-test med Sauber-teamet, som signerte han for 2002-sesongen. I mellomtiden kjørte han en Alfa Romeo i European Touring Car Championship som gjestesjåfør.