Massa memulai dengan baik di Ferrari, kualifikasi kedua di balapan pembukaan di Bahrain
, dan datang dari posisi 21 ke posisi 5 di Malaysia, mengalahkan rekan setimnya Michael Schumacher, yang memulai dari posisi 14. Namun, di Bahrain, dalam latihan Sabtu dan perlombaan, Massa melanjutkan kecenderungan untuk berputar, hampir kehilangan Fernando Alonso, pemenang akhir dari perlombaan. Di GP Australia ia menabrak Ferrari-nya di kualifikasi, kemudian bertabrakan dengan Christian Klien dan Nico Rosberg di tikungan pertama balapan. Meskipun demikian, Massa mencetak podium pertama karirnya di Nürburgring, finis ketiga di belakang Michael Schumacher dan Fernando Alonso. Dia juga menetapkan putaran tercepat di Barcelona pada tahun 2006. Massa memiliki empat podium lagi pada tahun 2006, dan meraih pole position F1 pertamanya dan kemenangan F1 pertamanya di sirkuit Istanbul Park. Posisi masa depannya di Ferrari terjamin ketika Michael Schumacher mengumumkan pada 10 September 2006, ia akan pensiun dari F1 pada akhir musim 2006. Pada 22 Oktober, Massa memenangkan balapan kandangnya di Interlagos, menjadikannya pertama kalinya seorang pembalap Brasil menang di Interlagos sejak Ayrton Senna pada tahun 1993. Massa menyelesaikan musim ketiga dengan 80 poin, di belakang juara dunia Fernando Alonso dan rekan setim Ferrari Michael Schumacher.