Per la prima volta Masetti gareggiò nel primo anno del Motomondiale nel 1949 (classe 125 cm³) con un Morini . Nella stagione 1950 vinse il mondiale nella classe fino a 500 cm³ con una Gilera di stretto vantaggio su Geoff Duke ( Norton ) come primo italiano . L'anno successivo vinse il Gran Premio di Spagna e nel 1952 nuovamente la Coppa del Mondo da mezzo litro. Nella stagione 1953 Masetti partì per NSU nella classe fino a 250 cm³, ma ebbe un incidente ad Imola , tanto da non poter più partecipare alla stagione. L'anno successivo è tornato nella classe 500cc con la Gilera ed è arrivato secondo dietro al suo vecchio rivale Geoff Duke. Dal 1955 Masetti ha guidato per MV Agusta e si è ritirato dal motorsport nel 1958 dopo una stagione poco positiva.
Umberto Masetti ha poi vissuto a Maranello e vi è morto il 28 maggio 2006 all'età di 80 anni per una malattia respiratoria.