Debutó con Metallica en marzo de 1983 y grabó tres álbumes icónicos: Kill ‘Em All (1983), donde aportó potencia agresiva; Ride the Lightning (1984), expandiendo estructuras con solos complejos como «(Anesthesia) Pulling Teeth»; y Master of Puppets (1986), su obra maestra con piezas como «Orion» y la homónima, considerada un hito del metal por su fusión de velocidad, progresivo y técnica de bajo.
Burton elevó el rol del bajo de mero ritmo a protagonista melódico, usando distorsión, wah-wah y armonías clásicas, influyendo en el thrash y el metal moderno.