Karting i niższe serie

Massa rozpoczął starty w kartingu w wieku 9 lat, kończąc pierwszy sezon na czwartym miejscu. Kontynuował starty w narodowych i międzynarodowych mistrzostwach przez następne 7 lat i w 1998 r. przeniósł się do Formuły Chevrolet, kończąc mistrzostwa Brazylii na piątym miejscu. W następnym sezonie wygrał 3 z 10 wyścigów i zdobył tytuł. W roku 2000 przeniósł się do Europy i rozpoczął starty w Włoskiej i Europejskiej Formule Renault, wygrywając obie serie. Mając okazję startów w Formule 3, postanowił startować w Euro-Serii Formuły 3000. Zdominował sezon wygrywając 6 z 8 wyścigów i zdobywając mistrzostwo. Stajnia Sauber zaproponowała mu testy w Formule 1.

Starty dla Saubera i testy w Ferrari (2002-2005)

Massa spisał się wyjątkowo dobrze podczas testów i zaproponowano mu starty w barwach stajni Sauber w sezonie 2002 jako partner Nicka Heidfelda. Massa okazał się szybkim kierowcą jednak często popełniał błędy i wypadał z toru. W pierwszym sezonie startów zdobył 4 punkty, zajmując piątą pozycję podczas Grand Prix Hiszpanii. Pod koniec sezonu został zastąpiony przez Heinza-Haralda Frentzena i objął funkcję kierowcy testowego stajni Ferrari.

Włoski team był pod wrażeniem jego umiejętności, a ilość pomyłek znacznie się zmniejszyła. Sauber zawarł nowy kontrakt z Massą na sezon 2004 u boku Giancarlo Fisichelli. Był to dobry sezon dla Massy, zdobył 12 z 34 punktów zdobytych przez stajnię i zajął najlepszą w karierze, czwartą pozycję podczas Grand Prix Belgii.

Przejście do Ferrari (2006-)

W związku z bliskimi stosunkami stajni Sauber z Ferrari, a także doświadczeniu wyniesionym w 2003 r., Massa był rozważany jako zastępca Michaela Schumachera lub Rubensa Barrichello gdy odejdą z włoskiej stajni. 2 sierpnia 2005 r. stajnia z Maranello ogłosiła, że Felipe zastąpi w sezonie 2006 Barrichello. Podczas Grand Prix Turcji odniósł pierwsze zwycięstwo w karierze. Drugie wywalczył tego samego sezonu, w kończącym sezon Grand Prix Brazylii.

Po zakończeniu sezonu karierę zakończył Michael Schumacher, a nowym partnerem Massy został Kimi Räikkönen, który wywalczył tytuł mistrzowski. Massa, który w sezonie 2007 wygrał 3 Grand Prix ukończył mistrzostwa na czwartym miejscu.