Né dans la petite ville italienne de Mogliano en 1918, Massimo Girotti poursuit des études d'ingénieur tout en menant en parallèle une brillante carrière sportive en devenant champion de water-polo. Cet excellent athlète choisit ensuite de percer au cinéma grâce à sa présence physique dès 1939 avec le drame Dora Nelson. Il devient rapidement familier dans le milieu, puis Luchino Visconti fait de lui une vedette grâce aux Amants diaboliques (1943), dans lequel il incarne un bel homme responsable du meurtre du mari de sa compagne.

Les années 40 sont pour Massimo Girotti l'occasion de s'illustrer dans des rôles de bellâtres qui le mettent particulièrement en valeur, comme la comédie romantique Preludio d'amore (1946) face à Vittorio Gassman, les drames La Porte du ciel (1946) et Caccia tragica (1947) ou encore la chronique sociale Gioventù perduta en 1947. Fabiola (1949) marque les débuts au cinéma de l'acteur dans un de ses genres de prédilection : le péplum. Il joue huit ans avant Kirk Douglas le rôle de Spartacus (1952) et apparaît plus tard dans Le Roi cruel (1958), Romolo e Remo (1961) ou encore L'Or des Césars (1963) sous la direction d'André De Toth.

Après cette période faste mêlant prestigieuses productions historiques et séries B italiennes, le comédien apparaît au générique de la superproduction La Fabuleuse aventure de Marco Polo (1965) dans laquelle il interprète le père de l'aventurier. Puis Massimo Girotti alterne les seconds rôles pour de grands réalisateurs tels que Bernardo Bertolucci (Le Dernier Tango à Paris, 1972), à nouveau Luchino Visconti (L'Innocent, 1976), Ettore Scola (Passion d'amour, 1981), Luigi Comencini (La Bohème, 1988) ou encore Roberto Benigni pour Le Monstre en 1994. Il était apparu dès lors dans quelques téléfilms italiens et venait de terminer un tournage sous la direction de Ferzan Ozpetek.