Rodila se uSan Giorgio di Piano, od ocaGaetana Masine, violiniste, i majkeAnne Flavie Pasqualin, učiteljice. Masina je prvo počela studirati književost ali se kasnije počela baviti glumom. Dok je bila na Univerzitetu uRimu pridružila se dramskoj grupi a kasnije se prijavila i u Ateneo Theatre Grupu.
I prije1943 Masinu su primijetili kao radio glumicu i dobila je ulogu Pauline uCico e Pallina, radio seriji o mladom bračnom paru koju je napisao Fellini. Uskoro su se, 30. oktobra1943, ona i Fellini vjenčali. Nekoliko mjeseci nakon vjenčanja Masina je pala niz stepenice i imalaspontani pobačaj, a u martu1945. rođen je Pierfederico (koji je imao nadimak Federichino) a umro je mjesec dana kasnije.
Masinino prvo značajno filmsko ostvarenje je bio filmBez sažaljenja snimljen1948 sa John Kitzmillerom. Nakon nekoliko filmova dobila je i nagradu filmskog festivala u Cannesu za najbolju glumicu za glavnu ulogu u filmuNoći Kabirije. Glumila je prostitutku koja trpi životne tragedije i prihvata ih dječijom nevinošću.
Umrla je sa 73 godine, nekoliko mjeseci nakon smrti svoga muža. Sahranjeni su zajedno na groblju Rimini, a njen grob je označen spiralnim monumentom kojeg je dizajnirao Arnaldo Pomodoro.