Robb Flynn korábban a Vio-lence nevű Bay Area-i thrash metal zenekarban szerzett ismertséget, de zenei elképzeléseit nem tudta szabadon megvalósítani ezért kilépett és megalapította a Machine Headet. 1994-ben megjelent bemutatkozó albumuk, a Burn My Eyes, azonnali áttörést hozott a zenekarnak Európában, ahol a Slayer előzenekaraként turnézhattak (felléptek Budapesten is). A Burn My Eyes a Roadrunner kiadó történetének legnagyobb példányban elkelt debütáló album lett.

 

A lemezbemutató turné végeztével azonban megváltak Chris Kontos dobostól és a következő albumtól (The More Things Change...) már Dave McClain (ex-Sacred Reich) játszott a zenekarban. A lemezt Amerikában az első Ozzfest fesztiválon népszerűsítette az együttes 1997-ben, de menet közben meg kellett válniuk Logan Mader gitárostól annak drogproblémái miatt. A turnét Ahrue Luster gitárossal fejezték be, aki azután hivatalosan is a csapat tagja lett.

 

Az évtized végére divatossá vált nu metal stílus a Machine Head zenéjére is hatással volt. Az első két albumon dolgozó Colin Richardson producer helyére a nu metal legelismertebb producerét, Ross Robinsont fogadták fel, akinek stílusa rányomta bélyegét a következő Machine Head albumokra (The Burning Red és Supercharger), ami természetesen megosztotta a rajongótábort és rengeteg kritika érte a zenekart minden oldalról.

 

2001-re a kiadó és az együttes kapcsolata teljesen megromlott, a Machine Head egyértelműen válságba került. Lustert kirúgták a zenekarból, aki a latino Ill Niñoban folytatta. Helyére Robb Flynn régi társa, a korábban szintén a Vio-lence együttesben gitározó Phil Demmel került. Egy koncertalbum után 2004-ben tért vissza a Machine Head a csapat régi fényét idéző Through the Ashes of Empires című ötödik stúdióalbumával, amelynek maga Robb Flynn volt a producere. A lemez először csak Európában jelent meg, de a lelkes fogadtatásnak köszönhetően kisebb késéssel ugyan, de végül Amerikában is kiadta a Roadrunner.

 

A sikeres visszatérést a tüzes hangulatú Elegies koncertvideóval ünnepelték meg 2005-ben. A 2007-ben megjelent következő nagylemez, az elődjénél epikusabb hangvételű The Blackening, pedig már rögtön a Billboard eladási listájának 55. helyén nyitott, ami az együttes történetének legjobb pozíciója. Az album Aesthetics of Hate című dalát Grammy-díjra jelölték a Best Metal Performance kategóriában. 2009-ben a Metallica partnereként turnéznak világszerte. Legutóbbi albumuk a Bloodstone & Diamonds 2014 végén jelent meg.