Filla d'un pare violinista i professor de música, Gaetano Masina, i d'una mare mestra Angela Flavia Pasqualin, arribarà a Roma, per viure a casa d'una tia seva. Va estudiar al liceu de les Germanes Ursulines i posteriorment es va llicenciar en Filosofia i Lletres per la Universitat de la Sapienza. Durant el seu pas per la universitat, va conrear la seva passió per la interpretació i en el curs 1941 - 1942 va participar en molts espectacles de dansa, música i teatre universitari a l'Stadium Urbis, que després es convertiria en el Teatre Ateneu de Roma. El 1943 va entrar a formar part de la Companyia de Teatre Còmic Musical, on actuaria com a ballarina, cantant i actriu en diferents operetes i obres còmiques.
També comença a treballar a la ràdio, on es farà coneguda per l'èxit del serial radiofònic Terziglio, escrit per un jove Fellini. És l'enamorament sobtat: s'hi casa el 30 d'octubre del 1943.
Després de la fi de la Segona Guerra Mundial, reprèn el teatre universitari amb l'obra Angélica, escrita i dirigida per Leo Ferrero i coprotagonitzada per Marcello Mastroianni. L'obra Gli Innamorati, el 1951, serà la seva última incursió en el teatre.
El seu començament en el cinema té lloc el 1946 com a figurant a Paisà, de Roberto Rossellini. Després, Alberto Lattuada, el 1948, li confia el paper de la pobra prostituta de Senza pietà, pel qual obté un Nastro d'Argent al millor paper secundari femení. Un gran nombre de realitzadors italians (i d'altres nacionalitats) la faran treballar, començant pel seu marit, amb el qual rodarà set vegades. Els més famosos seran Comencini, Duvivier, Sordi, Forbes…[3]
És segur que el seu paper de Gelsomina a La Strada el 1954 la dona a conèixer mundialment. És la dona i la musa de Fellini, que troba en ella el seu igual artístic. Les seves característiques la fan interpretar personatges ingenus que evolucionen en universos cruels; Masina és sovint anomenada la "Chaplin femenina".
Sobreviu a penes cinc mesos el seu marit, deixant de lluitar contra el càncer de pulmons que l'afectava. En el seu funeral, el trompetista Mauro Maur, «La Sua Tromba[4]» com ella l'anomenava, va interpretar la música de Nino Rota de la pel·lícula La Strada. Havia deixat una carta en la qual li demanava que toqués aquesta melodia.[5]
‡ Del 1963 al 1983 es va atorgar el premi a la millor actuació sense distingir sexe o nacionalitat. Aquí apareixen només els guanyadors femenins i estrangers.