Publicaron tres álbumes desde 2003, Through the Ashes of Empires, The Blackening en 2007 (que le valió su primera nominación a los premios Grammy por mejor interpretación de Metal) y Unto the Locust en 2011, en ese mismo año el bajista Adam Duce sale de la banda y en 2013 se anuncia la incorporación de Jared MacEachern como nuevo bajista y segunda voz, actualmente está a tiempo completo.

Flynn se había separado recientemente del grupo Vio-Lence tras una pelea física entre sus miembros y los de una banda local.

[8]​ Tras grabar un demo con los temas que habían compuesto, un miembro de Roadrunner Records lo escuchó y les ofreció un contrato discográfico.

[6]​ La banda entró a los estudios Fantasy en Berkeley, California, para grabar su álbum debut Burn My Eyes.

[10]​ La banda volvería para los festivales veraniegos, pero Kontos se negó a ir y fue sustituido por Dave McClain.

Ese mismo día dejó la banda y su sustituto sería Ahrue Luster, que fue quien terminaría la gira.

[11]​ Este disco recibió las mismas críticas que su predecesor, especialmente por las voces rapeadas siempre presentes.

Una vez que la gira del álbum fue completada, Machine Head y Roadrunner Records decidieron romper relaciones con respecto a la distribución mundial: Sin embargo, la banda lanzó Hellalive (también mezclado por Colin Richardson), un álbum en directo grabado en el Brixton Academy de Londres.

Pero Phil no pudo comprometerse con la banda, por lo que él y Machine Head se separaron.

En junio de 2003, Machine Head entró en un estudio con Robb Flynn como productor del disco.

Eduardo Rivadavia de Allmusic indicó que Through the Ashes of Empires "marcó un retorno sus orígenes, sin lugar a dudas".

[19]​ La banda lanzó un DVD que contiene un concierto completo en el Brixton Academy en diciembre de 2004, un documental, y vídeos musicales.

estaba preparando el lanzamiento de un álbum homenaje al vigésimo aniversario del lanzamiento del disco "Master of Puppets" en el que cuentan con la colaboración de Trivium (interpretando "Master of Puppets"), Mendeed ("The thing that should not be"), Bullet for My Valentine ("Welcome Home (Sanitarium)"), Chimaira ("Disposable Heroes"), Fightstar ("Leper Messiah"), Mastodon ("Orion") y Funeral for a Friend ("Damage, Inc.").

Machine Head aceptó el ofrecimiento indicando que ellos siempre han admirado profundamente a Metallica.

De hecho, todavía hoy, siendo un grupo consagrado como son, siguen tocando versiones suyas en algunos conciertos.

[21]​ También llegó al top 20 en varios países europeos como Alemania, Reino Unido o Suecia.

[26]​ Machine Head también gira por Norteamérica con Hellyeah, Nonpoint y Bury Your Dead a principios de 2008.

[27]​ Finalmente, el grupo concluye la gira mundial tocando en Bangalore, India, Israel, Dubái y Emiratos Árabes en marzo de 2008.

Otras bandas que aparecieron en el álbum fueron sus compañeros de discográfica, Dream Theater y Trivium.

En 2009 Machine Head se incorporó a la gira canadiense Carnage Tour, junto con Megadeth, Slayer y Suicide Silence.

[33]​ El 31 de agosto fue anunciado que Machine Head se iría de gira por Europa en 2010 con Hatebreed, Bleeding Through, y All Shall Perish en lo que se conoce como "The Black Procession", así como algunas fechas en Australia y Nueva Zelanda.

Robb Flynn aclaró su marcha en la web oficial del grupo con este comunicado: "13-2-13 Esa es la fecha en que echamos a Adam Duce.

Todos dijimos que ya no podíamos aguantar estar en una banda junto a él.

En 2018 sacan su noveno álbum Catharsis, este fue criticado debido al cambio drástico de sonido en comparación a su antecesor.

En 2019 Robb anuncia la incorporación del guitarrista Waclaw "Vogg" Kieltyka de la banda Decapitated y al baterista Matt Alston de la banda Devilment, con esta formación han sacado sencillos como Do Or Die, Circle The Drain , Un Mini EP de nombre Civil Unrest, y su canción más reciente fue My Hands Are Empty, todos lanzados por Nuclear Blast entre 2019 y 2020.

Inmediatamente se contrató a Dave McClain y comenzó la grabación de "The More Things Change".

Machine Head reemplazó a Mader con Ahrue Luster, que contribuyó en la grabación del tercer disco, "The Burning Red".

En 2002 Luster dejó Machine Head por diferencias musicales con el resto de miembros para irse a Ill Niño.