Massimo sa narodil v Pesare. Už ako 17. ročný začal hrávať medzi profesionálmi v 2. ligovej Cesene. V sezóne 1994/1995 mladý Amrosini prestúpil do AC Milana. Debut v drese rossoneri mal v zápase s Cagliari. V prvej sezóne za AC odohral len 7 zápasov. V tom čase mal v zálohe veľkú konkurenciu, nastupovali tam také mená ako Albertini, Donadoni, Desailly, Lentini, Eranio, Baggio a Boban. V nasledujúcej sezóne odohral už 11 zápasov, ale väčšinou do hry naskočil len na záverečné minúty. V sezóne 1997/1998 odišiel na hosťovanie do Vicenzi čo mu aj prospelo, nastúpil v 27 zápasoch a dal 1gól. V nasledújucej sezóne ho Miláno povolalo naspäť z hosťovania. Sezóna 1999/2000 sa mu vydarila, pomaly sa dostával do základnej zostavy Milána a začal aj reprezentovať. Na Euro 2000 patril ku kľúčovým hráčom Talianskeho mužstva. Potom nastali problémy so zraneniami. Za 2 roky odohral len 25 zápasov, a kvôli zraneniu musel vynechať aj MS 2002. V roku 2003 sa vrátil ale už nebol súčasťou základnej zostavy AC Milana. V roku 2004 získal s AC Milan scudetto. V lete 2004 mal o Ambrosiniho záujem Real Madrid, ale Massimo ostal verný Milánu. V roku 2005 bol hrdinom semifinálového zápasu Ligy Majstrov proti PSV, keď práve jeho hlavička z 90. minúty rozhodla o postupe AC do finále. Ambrosini sa v poslednom čase viac presadzuje a stal sa stabilným členom zostavy AC Milan.
