Su disco homónimo, conocido popularmente como The Black Album marcaría un punto de inflexión en la carrera musical de Metallica, y sus dos discos consecutivos titulados Load (1996) y ReLoad (1997), de estilos idénticos entre sí ya que estaban pensados para formar un mismo álbum doble, están totalmente dominados por un sonido que muchos antiguos seguidores consideraron como más comercial y muy suavizado con letras menos duras, más cercano al metal alternativo que triunfaba en aquella época. Quizás el cambio más llamativo para sus seguidores fue el cambio de imagen: se cortaron las melenas y cambiaron el fácilmente reconocible logotipo que identificaba a Metallica. Esto se vio también reflejado en el cambio de sello discográfico, ya que las relaciones entre Elektra Records y la banda finalizaron después de casi diez años cobrando solo un 14% de los beneficios netos de Metallica, aunque acabarían reanudando su contrato poco después. El éxito de ambos álbumes no fue tan contundente como el del álbum negro. Muchos adolescentes se convirtieron en seguidores de Metallica, al mismo tiempo que muchos de sus antiguos seguidores se veían en gran medida "traicionados" por la nueva dirección tomada por el grupo, lo que desde entonces lleva alimentando una gran polémica. En los premios Grammy entraron por primera vez en la categoría Heavy Rock en vez de Heavy Metal, como ocurría antes del mencionado Load. Ese mismo año la banda finlandesa Apocalyptica debutó con su homenaje a Metallica Plays Metallica by Four Cellos, que era básicamente un álbum con covers de Metallica tocados únicamente con violonchelos.
En 1998, realizarían un nuevo trabajo similar a Garage Days Re-Visited titulado Garage Inc., aunque esta vez sería un álbum doble de versiones de temas de estilos bastante diversos que influyeron a la banda en su ya dilatada carrera. Mientras que el primer disco incluía covers grabados para el lanzamiento del álbum, el disco dos contenía íntegros el Garage Days Revisited proveniente del sencillo de "Creeping Death", y el Garage Days Re-revisited, además de varias versiones provenientes de caras B y un extracto del concierto de versiones de Motörhead que Metallica dio en el 50 cumpleaños de Lemmy Kilmister el 4 de diciembre de 1995 en el Whiskey-A-Go-Go. La versión "Holy Roller" de Nazareth y Round and Round de Ratt resultó ganador de un premio Grammy en la categoría de Mejor Interpretación de Heavy Metal en 2000.
Al año siguiente (1999) grabarían en un concierto en directo, titulado S&M, en colaboración con la Orquesta Sinfónica de San Francisco, dirigida por Michael Kamen, quien había hecho los arreglos de orquesta para "Nothing Else Matters" en The Black Album. En este álbum doble se experimenta la mezcla entre música de canciones de Metallica con arreglos orquestales. Además, se presentarían dos nuevos temas especialmente compuestos para la ocasión, "No Leaf Clover" y "- Human", extrayéndose el primero de ellos como segundo single del disco.
En 2001, el bajista Jason Newsted, quien anteriormente había tenido serias discusiones con los demás integrantes sobre sus proyectos fuera del grupo, abandonaría Metallica alegando desgaste físico y motivos personales. Poco tiempo después, en la controvertida entrevista realizada por Playboy por separado a todos los miembros de la banda varios meses antes, se descubriría que uno de los principales motivos de la marcha del bajista era la rotunda negativa de Hetfield a la publicación del disco de Echobrain, la banda alternativa de Newsted. Tras un largo proceso de selección en busca de sustituto, y en el que se barajaron músicos como Twiggy Ramirez, se contrataría a Robert Trujillo, quien había sido bajista de Suicidal Tendencies, Black Label Society y Ozzy Osbourne en sus actuaciones en directo. Cabe resaltar que Jason Newsted, tras dejar Metallica, perteneció durante un tiempo a la banda de Osbourne, en la que militaba Mike Inez, miembro de Alice in Chains y que también se rumoreó como sustituto. Este mismo año se crea la banda homenaje satírica, Beatallica, la cual fusiona la música de The Beatles y Metallica. Tuvieron un problema legal con Sony, poseedora de los derechos sobre el material de los Beatles, pero fueron ayudados por Lars Ulrich.
Antes de la entrada de Trujillo, la banda había grabado el álbum St. Anger, con Bob Rock nuevamente en el puesto de productor. Este último toca el bajo debido a las dificultades para encontrar un nuevo bajista. Como peculiaridades del disco destaca la ausencia absoluta de solos de guitarra, y un sonido de la batería totalmente novedoso e igualmente polémico que radicaba en la caja, la cual tenía un armónico metálico en vez del de madera seca usado hasta entonces. El vídeo de la canción homónima del álbum fue grabado en la prisión de San Quintin. Hubo otras muchas dificultades en la producción del álbum, debidos a motivos como el proceso de rehabilitación de Hetfield, que había comenzado a tener problemas con el alcohol después de un viaje a Siberia donde, según él, su única bebida era el vodka.
En el 2004, se lanzaría el documental Some Kind of Monster, que narra la producción del St. Anger en medio de discusiones y problemas luego de la salida de Jason y de la rehabilitación de James Hetfield, de quien ya se conocía su pasión por el alcohol. En el documental hacen aparición Jason Newsted y su banda Echobrain (Lars y Kirk acuden a una de sus presentaciones, se dirigen hacia los camerinos y cuando llegan, Jason ya se había ido) y uno de sus primeros guitarristas del grupo, Dave Mustaine, quien charla con Lars acerca de temas como su estancia en Metallica y su carrera en Megadeth. Dentro del documental, el grupo se apoya de un terapeuta para resolver los problemas previamente mencionados. También se muestran los primeros momentos de Robert Trujillo como bajista de Metallica, incluyendo su audición para entrar al grupo. La banda comenzó a grabar el álbum Death Magnetic el 14 de marzo de 2007. Este cuenta con Rick Rubin como productor, reemplazando a Bob Rock, que había ocupado dicho puesto desde hace más de 15 años. El álbum es finalmente lanzado el 12 de septiembre de 2008. Se han establecido algunas citas para su gira en 2008, y anteriormente, participaron en el Electric Weekend de Getafe, siendo cabezas de cartel junto con Rage Against the Machine.
El 18 de agosto de 2016, se dio a conocer el nombre del álbum de estudio llamado Hardwired... to Self-Destruct, el cual fue publicado el 18 de noviembre de 2016