Formasi pertama Metallica adalah Lars Ulrich (drum), James Hetfield (vokal dan gitar), Lloyd Grant (gitar) dan Ron McGovney (bass). Formasi inilah yang melahirkan lagu pertama berjudul Hit The Lights, kemudian masuk album kompilasi rock Metal Massacre pada tahun 1981. Setelah Metal Massacre beredar, Grant dan Ron mengundurkan diri. Posisi Grant digantikan oleh Dave Mustaine dan posisi Ron digantikan Cliff Burton. Pada Juli 1982, formasi ini mengeluarkan demo-album No Life Till Leather.
Demo inilah yang mengantarkan Metallica mendapatkan agen, kemudian hijrah ke New York. Pada tahun 1983, Metallica berencana akan melakukan tur pendek ke beberapa kota. Sayang, Hetfield dan Mustaine malah terlibat perseteruan, hingga akhirnya Mustaine keluar dan kemudian mendirikan Megadeth. Posisi Mustaine digantikan oleh Kirk Hammett; gitaris dari grup Exodus. Formasi ketiga ini mengeluarkan album Kill 'Em All pada bulan Mei, tahun 1983. Pada tahun 1984, Metallica semakin besar dengan menerbitkan album Ride the Lightning. Album ini bertahan 50 minggu dalam Billboard Top 200. Demi memperlancar promosi, mereka juga mengeluarkan mini album Jump In The Fire. September, tahun 1985, Metallica memproduksi album Master Of Puppets.
Metallica kembali masuk Billboard Top 40 selama 72 minggu. Album ini merupakan album yang meraih platinum tanpa single dan video. Tanggal 27 September 1986, dalam perjalanan tur ke Skandinavia - bus yang mereka tumpangi mengalami kecelakaan dan Cliff Burton (bass) meninggal dunia. Peristiwa ini begitu memukul seluruh anggota band. Bahkan Dave Mustaine yang telah mendirikan Megadeth, mengenang kematian Cliff dalam lagu In My Darkest Hour (album Megadeth: So Far.. So Good.. So What!). Oktober, tahun 1986, posisi Cliff Burton digantikan oleh Jason Newsted; basis dari grup Flotsam and Jetsam.
Album ...And Justice For All beredar September, tahun 1988. Metallica mulai mengeluarkan video klip. Video pertama mereka adalah untuk lagu "One". Video ini mencapai nomor 1 di MTV. Keberhasilan ini kemudian mendorong produksi video klip Cliff 'Em All; sebuah video kenangan untuk Cliff Burton. Akhir tahun 1990, album Metallica direkam.
Album ini membuat Metallica mencapai penjualan quadruple platinum dan menjadi album nomor satu di delapan negara Amerika dan Eropa. Serta meraih penghargaan Grammy Award, kategori Penampil Metal Terbaik dua tahun berturut-turut. Basis Jason Newsted mengundurkan diri dari band setelah bersitegang dengan James Hetfield.
Perseteruan ini disebabkan Jason Newsted lebih menghabiskan waktu dengan proyek-nya sendiri. Anggota band yang lain menganggap Metallica harus diutamakan, meskipun pada saat itu Metallica sedang vakum. Grup ini pada saat ini beranggotakan Lars Ulrich (drums), James Hetfield (vokal dan gitar), Kirk Hammett (gitar) dan Robert Trujillo (bass). Mantan anggota lainnya termasuk Ron McGovney (bass), Dave Mustaine (gitar), Cliff Burton (bass) dan Jason Newsted (bass). Pada tanggal 10 Agustus 2008 Metallica akhirnya telah menyelesaikan proses rekaman album studio baru mereka yang ke sembilan Death Magnetic yang diluncurkan pada tanggal 12 September 2008 di seluruh dunia.Album tersebut diproduseri oleh Rick Rubin dan proses rekaman dilakukan di Sound City Studios, Shangri La Studios dan di studio Metallica sendiri.
Single dan video klip pertama mereka "The Day That Never Comes" akan dirilis akhir bulan ini. Sebagai tambahan anda dapat mengunduh semua lagu dari album tersebut untuk digunakan dalam game "Guitar Hero III" pada hari saat peluncuran album "Death Magnetic" tersebut. Pada 1 November 2011, Metallica bersama Lou Reed merlilis album yang berjudul Lulu dan pada 13 Desember 2011, mereka mengeluarkan EP terbaru mereka yang berjudul Beyond Magnetic.
