Debutalbumet Kill ‘Em All ble sluppet i 1983 på Megaforce Records i USA og Music For Nations i Europa. På dette albumet høres inspirasjon fra Motörhead, punkband som Ramones, Misfits og Discharge samt NWOBHM-band som Iron Maiden og Diamond Head. Til tross for slike inspirasjoner låt Metallica tydelig annerledes. Utviklingen og perfeksjoneringen av en karakteristisk rytmegitarteknikk der plekteret kun slås an nedover samtidig som strengene dempes med håndbaken, var et viktig element i Metallicas musikk. Denne gitarteknikken, som bandet selv ofte krediterer Ramones, ga bandet et sound som skilte dem ut.

Kill ‘Em All inneholder kjente fanfavoritter som Seek and Destroy, The Four Horsemen og Whiplash og satte en ny standard for hvordan moderne ekstremmetal skulle høres ut. Fra før var aggressiv vokal og raske trommer med mye bruk av doble stortrommer etablerte stiltrekk innen tidlig ekstremmetal. De staccato og konsise gitarriffene som dominerer Kill ‘Em All, tilførte enda et hardtslående og aggressivt rytmisk element. Til sammen ble dette etter hvert viktige kjennetegn for thrash metal som sjanger.

Bandet fremstod som et alternativ på flere måter enn det musikalske. Det usminkede bandbildet på Kill ‘Em All stod i kontrast til de teatralske, androgyne eller macho imagene som preget heavy metal på 1980-tallet. Deres ungdommelige naivitet og fandenivoldskhet ble på scenen uttrykt gjennom, etter datidens standarder, voldsom headbanging. Dette ble et varemerke både for bandet og for unge heavy metal-fans som omfavnet thrash metal generelt og Metallica spesielt.

Oppfølgeren Ride the Lightning kom i 1984. Albumet ble gitt ut på Electra/Warner Bros.

Ride the Lightning ble spilt inn i Danmark og Sweet Silence Studio med Flemming Rasmussen som tekniker og produsent. Han fulgte bandet videre som produsent ut tiåret. Ride the Lightning preges av bedre produksjon enn debuten og sementerer bandet som ekstremt aggressivt og hardtslående. Samtidig inneholder det også noen overraskelser, for eksempel bruk av akustiske gitarer og mer melodiøs vokal i balladen Fade to Black. Dette viser at bandet fra tidlig av ikke lot seg styre av konvensjoner. I dette tilfellet var det forventninger om brutalitet i alle ledd som ble utfordret. Albumet inneholder mange klassikere, men mest kjent er For Whom the Bell Tolls og Creeping Death.

Master of Puppets fra 1986 er en klassiker i bandets katalog. Mange trekker frem dette albumet som bandets beste. En utvikling i retning av mer kompliserte arrangementer videreføres fra forgjengeren. Tittelkuttet er et eksempel på dette. Igjen er nesten samtlige kutt for klassikere å regne, men et selektivt utvalg inkluderer gjerne låter som Battery, Welcome Home (Sanitarium), Damage, Inc. og tittelkuttet Master of Puppets.

I det første minuttet av låta Master of Puppets høres flere musikalske trekk som både ble viktige kjennetegn for bandet og forankret dem i sjangeren thrash metal: Stilen var orientert rundt riff, understreket av effekter med abrupte stopp. Det var utstrakt bruk av kromatikk og vektlegging av tritonus og det lave andretrinnet. Musikkens tonalitet er dominert av de modale molltoneartene frygisk og lokrisk. Utført med aggresjon og presisjon gir denne totaliteten en effekt av intensitet, noe faretruende og klaustrofobisk.

Albumet Master of Puppets ble det siste med bassisten Cliff Burton, som døde under den påfølgende turneen i en bussulykke i Sverige. To dager før ulykken hadde bandet spilt sin første konsert i Norge. Burton ble bare 24 år gammel, men har fått en legendestatus som en av få bassister i heavy metal som preget sitt band. Hans orkestrale komposisjonsstil og solistiske innfallsvinkel til bassen kan høres på låter som Orion, The Call of Ktulu og (Anesthesia) Pulling Teeth samt på åpningstemaet i For Whom the Bell Tolls.

Etter et kort avbrekk gjenopptok bandet turneen med en ny bassist, Jason Newsted (født 1963). Den tidligere Flotsam and Jetsam-bassisten albumdebuterte med Metallica på EP-en The $5.98 E.P. Garage Days Re-Revisited (1987).

…And Justice For All (1988) blir ofte omtalt som det av bandets utgivelser med mest elementer fra progrock. Albumet preges blant annet av komplekse arrangementer og hyppige skifter i tempo og taktart. Dette forekommer også på andre album, men aller mest på dette. Albumet får ofte oppmerksomhet for sin uvanlige produksjon, der bassen knapt er hørbar og alt «levende» ved lyden er erstattet med en perfeksjonistisk utførelse i innspillingen. Klassikere fra dette albumet er One, Blackened og Harvester of Sorrow.

Intervjuer fra denne tiden viser hvordan bandet fremstod som et tydeligere politisk og samfunnskritisk band enn tidligere. Metallica var med ett et voksent, alvorlig og samfunnsrefsende band. Videoen til One, bandets første musikkvideo, har en helt annen estetikk enn andre samtidige heavy metal-videoer. Den var ikke glorete og livsbejaende, men heller i svarthvitt, med alvorlige ansikter og dystre bilder.

Metallica ble nominert til en Grammy for albumet. Selv om de ikke vant, vitnet nominasjonen og bandets opptreden i Grammy-showet om en større aksept for den hardere siden av heavy metal som Metallica representerte.

Metallicas selvtitulerte album utgitt i 1991, ofte kalt The Black Album, ble en stor suksess og et kommersielt gjennombrudd for bandet. Det stilrene og minimalistiske coveret signaliserte en ny retning. Bandet søkte mindre komplekse arrangementer og færre riff per låt. Hiten Enter Sandman er et godt eksempel på det.

Valget av Bob Rock som produsent var også et signal om at bandet søkte nye impulser. Rock var på denne tiden en stjerneprodusent innen kommersiell, mindre hard heavy metal og hardrock. Produksjonen på albumet er også annerledes, mer sofistikert og med flere lag. Fremfor alt er The Black Album et album som låt bra og moderne i sin samtid.

I ettertid er det også klart at albumet representerer det første steget bort fra thrash metal. Albumet inneholder for eksempel ingen virkelig raske låter, og vokalen er mer melodiøs. Tegnene på et band som søkte en ny retning, er aller tydeligst på den store hiten Nothing Else Matters. Dette er en ren ballade spilt inn med et bredt orkestrert symfoniorkester. Teksten formidler en positiv hyllest til en kjær eller en nær venn. Den skiller seg således fra mørkere tematikk i tidligere tilløp til ballader som heller har handlet om for eksempel selvmord, psykisk lidelse eller isolasjon (Fade to Black, Welcome Home (Sanitarium), One).

Albumene Load (1996) og Reload (1997) blir ofte omtalt i samme åndedrag. Materialet på de to albumene stammer fra den samme låtskrivingsfasen.

Estetisk representerer disse albumene en kontrast til alle tidligere album, både visuelt og musikalsk. På bildene i coveret er bandmedlemmene for første gang kortklipte. Stilen ellers er preget av en camp-estetikk som ikke bare brøt med heavy metal-normer, men også med bandets tidligere «anti-image»-stil. Musikalsk er det tidligere kontante og gjennomkomponerte uttrykket erstattet av et løsere og friere et. En følelse av blues og country ligger hele tiden under hard rock-riffene og stiger til overflaten i blant annet countryballaden Mama Said.

Stilskiftet på Load og Reload fremmedgjorde mange tidligere fans, men bandets popularitet økte totalt sett ved at de nå nådde ut til et større publikum enn tidligere. Også i Norge fikk bandet et større kommersielt gjennomslag og toppet VG-lista jevnlig fra og med Load.

Metallica avsluttet tiåret med et nytt eksperiment. I samarbeid med den kjente filmkomponisten Michael Kamen, som arrangerte deres gamle og nye låter for orkester, holdt bandet en konsert med symfoniorkesteret The San Francisco Symphony Orchestra. Resultatet kan høres på livealbumet S&M (1999).