O Metallica foi formado em Los Angeles, Califórnia, no início de 1981 quando o baterista Lars Ulrich colocou um anúncio num jornal de Los Angeles—The Recycler—que dizia "Baterista à procura de outros músicos de metal para jam com Tygers of Pan Tang, Diamond Head e Iron Maiden". Os guitarristas James Hetfield e Hugh Tanner de Leather Charm responderam ao anúncio. Embora ele não tivesse formado uma banda, Ulrich perguntou para o fundador da Metal Blade Records Brian Slagel se ele podia gravar uma canção para a próxima compilação da gravadora intitulada Metal Massacre. Slagel aceitou e Ulrich recrutou Hetfield para cantar e tocar guitarra.
Ulrich conversou com seu amigo Ron Quintana, que estava criando nomes para um fanzine. Quintana tinha proposto os nomes Metal Mania e Metallica. Ulrich utilizou Metallica para o nome de sua banda. Um segundo anúncio foi colocado no The Recycler para a posição de guitarrista solo. Dave Mustaine respondeu, e depois de verem seu equipamento caro de guitarra, Ulrich e Hetfield o recrutaram. No início de 1982, o Metallica gravou a primeira canção de sua autoria, "Hit the Lights", para a compilação Metal Massacre I. Hetfield tocou baixo na canção e Lloyd Grant foi creditado com um solo de guitarra. Lançado em 14 de Junho de 1982, a primeira prensagem de Metal Massacre I listou incorretamente a banda como "Mettallica". Apesar de indignado pelo erro, o Metallica conseguiu criar suficiente "buzz" com a canção e a banda tocou seu primeiro show ao vivo em 14 de Março de 1982, na Radio City em Anaheim, Califórnia com o novo baixista Ron McGovney. O Metallica gravou sua primeira demo, intitulada Power Metal, um nome inspirado pelos primeiros cartões de visita de Quintana, no início de 1982. No Outono de 1982, Ulrich e Hetfield assistiram a um show na casa noturna Whisky a Go Go em que apresentou o baixista Cliff Burton em uma banda chamada Trauma. Os dois ficaram impressionados por Burton utilizar um pedal wah-wah e o convidaram para se juntar ao Metallica. Hetfield e Mustaine queriam McGovney fora da banda porque achavam que ele "não contribuia em nada, apenas seguia."Embora Burton tenha inicialmente recusado a oferta, no final daquele ano ele a aceitou com a condição da banda mover-se para San Francisco. A primeira apresentação ao vivo do Metallica com Burton foi na casa noturna The Stone em Março de 1983, e a primeira gravação com Burton foi a demo Megaforce, de 1983.
O Metallica estava pronto para gravar seu álbum de estréia. Porém, quando a Metal Blade se mostrou incapaz de cobrir o custo, a banda começou a olhar para outras opções. O promotor de concertos Johnny "Z" Zazula, que tinha ouvido a demo No Life 'til Leather, de 1982, ofereceu-se para mediar um acordo de gravação entre o Metallica com as gravadoras de Nova Iorque. Depois de não despertar nenhum interesse de várias gravadoras, Zazula emprestou dinheiro para financiar o orçamento da gravação e assinou com o Metallica para a sua própria gravadora, Megaforce Records. Os membros da banda decidiram expulsar Mustaine devido às drogas, abuso de álcool e comportamento violento. O guitarrista Kirk Hammett do Exodus voou para substituir Mustaine na mesma tarde. O primeiro show do Metallica com Hammett foi em 16 de Abril de 1983, na casa noturna The Showplace em Dover, Nova Jérsei.
Mustaine manifestou o seu desagrado por Hammett em entrevistas. Ele disse: "Hammett roubou meu trabalho, mas pelo menos eu comecei a chavecar sua namorada antes dele tomar o meu trabalho — como eu gosto, Kirk!" Mustaine foi "passado para trás" porque ele acredita que Hammett se tornou popular por tocar músicas que Mustaine escreveu.