Il gruppo fu fondato dal cantante e chitarrista Robb Flynn, ex membro di Forbidden e Vio-lence, e dal bassista Adam Duce. Lo stesso bassista ha dichiarato ad un'intervista che il nome della band non è stato preso dall'omonimo album dei Deep Purple del 1972, bensì, dato che nessun membro del gruppo è un fan della band inglese, sarebbe stato pensato tempo prima dal cantante Robb Flynn. L'assetto stabile giunse con il batterista ex Crowbar Tony Costanza (poi sostituito da Chris Kontos un anno dopo) e il chitarrista Logan Mader.
Il loro primo lavoro, intitolato Burn My Eyes, uscì per la Roadrunner Records nel 1994. Molti considerano l'album uno dei più significativi del thrash metal, insieme a Reign In Blood degli Slayer e Master Of Puppets dei Metallica (questi due lavori ispirarono molto la band di Flynn). Il video del suo primo singolo, "Davidian", fu bandito da MTV perché in parte del suo testo vi era scritto "Let freedom ring/with a shotgun blast" ("Lasciate che la libertà suoni con un colpo di fucile").
L'album d'esordio dei Machine Head lasciò esterrefatto Kerry King, il quale decise, nel 1995, di convocare la giovane band per il Divine Intourvention degli Slayer, a cui parteciparono anche i Biohazard.
Nello stesso anno Chris Kontos lasciò il gruppo e si aggregò ai Testament, venendo prontamente sostituito da Dave McClain, proveniente dai Sacred Reich. Con McClain, la band incise nel 1997 The More Things Change. Dopo questo disco, nel 1998 Logan Mader se ne andò per forti litigi con Flynn e fu sostituito da Ahrue Luster.
Al 1999 risale il terzo album, The Burning Red. A differenza dei due precedenti, il disco si distingue per l'incorporazione di elementi ritenuti generalmente propri di nu metal e rapcore (assenza o rarità di assoli chitarristici, ritmi sincopati/aggressivi, parti rappate nei testi specie di "Desire To Fire" e "From This Day"). La sua tracklist contiene anche "Devil With The King's Card", incentrata sui litigi tra la band e Mader, e la cover di "Message In A Bottle" dei Police. Malgrado le forti critiche (soprattutto da parte dei fan) per la sua temporanea svolta stilistica, The Burning Red ha venduto tra il 1999 e il 2002 quanto il debutto dal 1994 ad oggi, che pure è considerato più influente in ambito metal.
Nel 2001 i Machine Head pubblicarono Supercharger, album dalle sonorità simili al precedente che però incontrò fortuna commerciale molto ridotta rispetto a The Burning Red. Inoltre fu censurato il video per "Crashing Around You", che mostrava palazzi crollanti e che fu girato in un periodo molto delicato per gli Stati Uniti, cioè poco prima dell'attentato al World Trade Center, dell'11 settembre di quell'anno.
Nel 2002 la band ruppe il contratto con la Roadrunner e cacciò il chitarrista Ahrue Luster per incompatibilità professionale. Luster entrò negli Ill Nino e fu sostituito da Phil Demmel (già compagno di band di Flynn nei Vio-lence).
Nel 2003 i MH registrarono a Londra (Gran Bretagna) il loro primo album dal vivo, Hellalive e nell'autunno dello stesso anno incisero in Europa Through the Ashes of Empires. All'inizio del 2004 il gruppo firmò di nuovo per la Roadrunner e per essa rieditò il quinto lavoro in studio, alla cui tracklist aggiunsero "Seasons Wither".
Lanciato dal singolo "Imperium" ed entrato al numero 88 di Billboard, Through The Ashes Of Empires mostra meno elementi nu metal e un parziale ritorno al suond groove metal che caratterizzò gli esordi, cosa notevolmente apprezzata dai fan.
Nel 2005 i Machine Head hanno partecipato al festival "Wacken Open Air", a cui hanno assistito ben 40.000 fan del gruppo. L'11 ottobre dello stesso anno, è stato pubblicato il DVD Elegies, che contiene parte del biografia del quartetto di Oakland (con riferimenti all'abbandono di Ahrue Luster e alle critiche mosse alla band, per i cambiamenti di stile tra il 1999 e il 2001), il video del loro concerto alla Brixton Academy a Londra, e quelli di "The Blood, The Sweat, The Tears" (da Hellalive), "Imperium" e "Days Turn Blue To Gray" (da Through The Ashes Of Empires).
L'11 ottobre 2005, la Roadrunner ha fatto uscire Roadrunner United: The All-Star Sessions, per festeggiare i 25 anni di attività della label. 4 delle sue canzoni sono state scritte da Robb Flynn, frontman dei MH, e al disco hanno collaborato anche Phil Demmel e Dave McClain. Flynn, l'ex Fear Factory Dino Cazares, Matt Heafy dei Trivium e Joey Jordison degli Slipknot hanno scritto le canzoni del disco e le hanno affidate ad artisti quali i Misfits, i 36 Crazyfists, i Sepultura, i Demon Hunter, i Soulfly, gli Slipknot, i Cradle of Filth, i Type O Negative e gli Ill Nino, per citare i più noti.
Recentemente la band ha eseguito la cover di "Battery" dei Metallica, inserita nella lista tracce di Kerrang! Remastered - Master of Puppets, tribute album della rivista musicale Kerrang!.
Nel 2007, il gruppo ha pubblicato il suo sesto album in studio intitolato The Blackening, che vede un evidente ritorno alle sonorità dell'esordio Burn My Eyes e con forti riferimenti al thrash metal anni ottanta. L'album ha ricevuto ottimi consensi dai media metal ma le critiche non sono mancate (soprattutto riguardanti la lunghezza dei brani). Comunque, molti lo hanno definito anche superiore a Burn My Eyes, ma questo parere non è condiviso da tutti.
Il 20 giugno 2007 hanno suonato per la prima volta a Roma in un festival metal allo Stadio Olimpico al fianco di Iron Maiden e Motorhead, lasciato un segno ben marcato del loro passaggio e convolgendo tutto lo stadio con brani nuovi e vecchi. Il 6 dicembre 2007 la performance del gruppo durante una tappa della Black Crusade a Milano viene interrotta da un malore accorso al chitarrista Phil Demmel comunque poco prima della fine dello show(l'ultima canzone prevista era Davidian).
Il 18 novembre 2008 hanno suonato al Palasharp di Milano insieme ai Children of Bodom, come spalla degli Slipknot; ed a breve andranno in tour con i Metallica.
Altro gruppo dei miei preferiti, oltre al thrash hanno fatto nu metal, che a me sinceramente non sembra tale: è sempre potente e carico come tutte le canzoni
