Metallica была основана в Лос-Анджелесе 15 октября 1981 года гитаристом и вокалистом Джеймсом Хэтфилдом и барабанщиком Ларсом Ульрихом после того, как оба поместили объявление о создании группы в издании «The Recycler». Однако, как позже выяснилось из интервью Рона Макговни журналу «So What!», Джеймса и Ларса познакомил между собой их общий друг Хью Таннер, который в то время был соло-гитаристом в группе Рона и Джеймса «Leather Charm». Дуэт пригласил басиста Рона Макговни, знакомого Хэтфилда по его предыдущей группе «Leather Charm», однако на ранних стадиях существования группы постоянно возникали проблемы с гитаристами, поэтому уже поначалу их сменилось несколько: Ллойд Грант, Брэд Паркер и Джефф Уорнер. Metallica получила своё название, когда Рон Куинтана попросил Ларса Ульриха помочь ему выбрать название для своего нового журнала об американских и британских метал-группах. Куинтана имел такие варианты как «Metallica», «Metal Mania» и «Hesse». Ульрих сообразил, что «Metallica» будет отличным названием группы и сказал Рону, что такое название вряд ли кому-нибудь понравится.

Вдохновением для Metallica служила музыка таких групп как Motörhead и Diamond Head (по словам Ульриха, стиль Metallica и сложился из «50 % каждой из этих двух Голов»), а также Black Sabbath, Saxon, Thin Lizzy, Judas Priest, Iron Maiden, Mercyful Fate, Venom и других британских метал-групп. Также на музыку Metallica повлияли панк-рок группы Misfits, Zeroption, Discharge и The Ramones.

В начале 1982 года Ульрих убедил основателя и владельца Metal Blade Records Брайана Слэйджела включить песню «Hit The Lights» в первую компиляцию Metal Massacre. Отчаявшись в поисках постоянного лидер-гитариста, Ульрих поместил объявление в журнале «The Recycler». Дэйв Мастейн из Ханингтон Бич, который в то время уже играл в группе Panic, ответил и встретился с участниками Metallica для прослушивания. Ульрих и Хэтфилд были так впечатлены оборудованием и одной лишь разминкой Мастейна, что они попросили его присоединиться к группе ещё до начала самого прослушивания.

В марте и апреле 1982 года было записано несколько демо, включая Hit The Lights, для сборника Metal Massacre и так называемое Power Metal demo (Hit The Lights, The Mechanix, Jump In The Fire, Motorbreath). Как впоследствии объяснил Рон, слова Power Metal в названии демо появились по его инициативе. Он посчитал интересным добавить эти слова на сопроводительную визитку к демо-кассете, рассылаемой на фирмы грамзаписи, поскольку указание всего лишь названия группы и телефона показалось ему крайне неоригинальным. Несколько месяцев спустя группа записала полноформатное демо No Life 'til Leather, которое быстро привлекло внимание независимых распространителей — traders, которые и помогли получить её всем интересующимся фанам. 25 мая 1982 года происходит историческое событие: Metallica впервые выходит на сцену (группа выступила с концертом в школе, в которой учился Ларс Ульрих).

После того как Metallica увидела, как играет группа Trauma, коллектив попросил басиста Клиффа Бёртона присоединиться к ним, заменив тем самым менее профессионального Макговни. Бёртон согласился, но с условием, что группа переедет в его родной город Сан-Франциско. Группа с радостью приняла это предложение. В их родном Лос-Анджелесе в основном были представители глэм-метала, и Metallica не чувствовала себя «в своей тарелке», выступая на концертах, в то время как в Сан-Франциско их принимали, знали песни и тексты в основном благодаря No Life 'Till Leather. К концу 1982 года тяжелый переезд закончился и группа окончательно осела в Сан-Франциско. С Клиффом Бёртоном группа записала Megaforce Demo. После того как группа зарекомендовала себя важной единицей в Bay Area thrash metal, Metallica поехала в Нью-Йорк в 1983 году. Группа подписала контракт с новым лейблом Megaforce Records. Во время тяжелого переезда в Нью-Йорк, Хэтфилд и Ульрих решили, что становится всё сложнее выдерживать агрессивное и взрывное поведение Мастейна. Ему предложили покинуть группу, и в качестве лид-гитариста был приглашён Кирк Хэмметт из группы Exodus. После ухода из Metallica Дэйв Мастейн создал свою собственную группу Megadeth, которая достигла огромных успехов.

Поздней весной 1983 года группа отправилась в Рочестер (Нью-Йорк), чтобы записать свой первый альбом Kill 'Em All. Альбом продавался не очень хорошо, но группа получила растущую фанатскую базу из среды метала. Годом позже Metallica выпустила альбом Ride The Lightning. Включение в альбом более медленной, интроспективной песни «Fade To Black» выгодно выделило Metallica из большинства других трэш-метал-групп.