2000-ben érkezett, hogy az olasz és az európai Forma-Renault sorozatban versenyezzen. Mindkét sorozatban azonnal megnyerte a bajnokságot - a Crammal színeiben összesen nyolc versenyt nyert a szezon során.2001-ben a Forma-3000-es Euro-szériában folytatta pályafutását, ahol a Darcoval nyolc futamból hatot nyert meg és ez természetesen a bajnoki címet is jelentette számára. A 2002-es szezonban Massa 4 pontot szerzett és a bajnokság tizenkettedik helyén végzett. Csapattársa, Nick Heidfeld tizedik volt 7 ponttal. 2003-ra nem kapott újabb szerződést. A Ferrari vezetői úgy vélték tehetséges, így felkarolták és a 2003-as szezont a Maranellói csapatnál tölthette tesztpilótaként. Ez az év sokat jelentett a fiatal brazil pilóta számára: sikerült csökkenteni a hibaszázalékát és fejlődött az autó műszaki megértése, beállítása terén is. Massa menedzselését a Ferrari csapatfőnökének fia, Nicolas Todt vállalta.2004-ben a Ferrari ösztönzésére a Sauber ismét leszerződtette Massát versenyezni. Massa ebben a szezonban 12 pontot szerzett és a tizenkettedik helyet szerezte meg a bajnokságban. Csapattársa, Giancarlo Fisichella 22 ponttal tizenegyedik lett.2005-ben az 1997-es világbajnok, Jasques Villeneuva lett Massa csapattársa. A brazil a világbajnoki pontversenyben is megelőzte: Massa 11 ponttal tizenharmadik lett, Villeneuve 9 ponttal tizennegyedik.A 2005-ös szezon során a Ferrari egyik versenyzője, Rubens Barichello váratlanul úgy döntött, hogy nem tölti ki 2006 végég szóló szerződését a csapatnál, hanem a Hondához szerződik. A Ferrari számára kézenfekvő helyettes volt Massa, akinek évek óta egyengették pályafutását.Miután Michael Schumacher Montában bejelentette visszavonulását, a csapat egyúttal nyilvánosságra hozta a 2007-es pilótafelállását: Massával 2007-ig szerződést hosszabbítottak, míg a brazil csapattársa a finn Kimi Raikonen lesz.