Lemmy fue despedido de Hawkwind en mayo de 1975 tras ser arrestado en Canadá por posesión de drogas. Decidió formar una nueva banda llamada Motörhead, un nombre inspirado en la última canción que había escrito para su banda anterior.
Lemmy quería que la nueva banda fuera "rápida y agresiva, igual que los MC5". Reclutó al guitarrista de Pink Fairies, Larry Wallis, y al baterista Lucas Fox.
El trío pronto consiguió un contrato con United Artists Records, y para principios de 1976 ya había grabado varias canciones. Fox resultó ser poco fiable al comienzo de las grabaciones y fue reemplazado por Philthy Animal Taylor, un conocido de Lemmy.
Sin embargo, el sello discográfico no quedó satisfecho con el material resultante (más tarde lanzado como On Parole) y lo archivó. En marzo de 1976, la banda decidió que se necesitaban dos guitarristas y audicionó a un amigo de Taylor llamado Fast Eddie Clarke. Wallis se fue justo después de las audiciones, y Clarke se quedó como único guitarrista.

El trío formado por Lemmy, Clarke y Taylor es considerado la formación "clásica" de Motörhead.
En marzo de 1977, Taylor y Clarke, frustrados, decidieron dejar la banda, pero acordaron hacer un concierto de despedida. Lemmy le pidió a Ted Carroll de Chiswick Records que llevara un estudio móvil al concierto para grabarlo. Carroll no pudo conseguir el estudio móvil, pero apareció tras bambalinas después del concierto y les ofreció dos días en el estudio con el productor Speedy Keen para grabar un sencillo. En lugar de grabar solo un sencillo, la banda grabó 13 canciones para un álbum. Chiswick publicó el primer sencillo de la banda, "Motörhead / City Kids", en junio. Ese mismo mes, la banda salió de gira por el Reino Unido teloneando a Hawkwind, y su álbum debut Motörhead se lanzó en agosto.
En los meses siguientes, la banda se volvió tan inestable que, para marzo de 1978, Clarke y Taylor habían formado y actuaban bajo el nombre de "The Muggers" junto a Keen y Billy Rath de The Heartbreakers. Lemmy también participó en el efímero grupo The Doomed, junto a 3 de los 4 exmiembros de The Damned.

Sin embargo, en julio, el nuevo mánager de la banda consiguió un contrato para un único sencillo con Bronze Records. El sencillo resultante, "Louie Louie / Tear Ya Down", se publicó en septiembre, y gracias a él la banda apareció por primera vez en el programa Top of the Pops de la BBC.

El éxito del sencillo llevó a Bronze a meter a la banda de nuevo en el estudio para grabar un álbum, esta vez con el famoso productor de los Rolling Stones, Jimmy Miller. Overkill se lanzó en marzo de 1979 y se convirtió en el primer álbum de Motörhead en entrar en el top 40 de las listas del Reino Unido. Durante el verano, la banda trabajó rápidamente en su siguiente álbum. Bomber se lanzó en octubre y alcanzó el puesto número 12 en las listas del Reino Unido. Más tarde ese año, United Artists decidió publicar el primer álbum de la banda que había sido archivado: On Parole. En mayo de 1980, le siguió The Golden Years: Live EP, que se vendió mejor que cualquiera de sus lanzamientos anteriores.
Durante agosto y septiembre de 1980, la banda regresó al estudio para grabar con el productor Vic Maile. El álbum resultante, Ace of Spades, se lanzó en noviembre. Alcanzó el puesto número 4 en las listas del Reino Unido y hoy en día es considerado uno de los mejores lanzamientos de Motörhead, así como uno de los mejores álbumes de hard rock/speed metal de los años 80. El EP colaborativo St. Valentine's Day Massacre (con la banda femenina Girlschool) le siguió en 1981, al igual que el álbum en vivo No Sleep 'Til Hammersmith, que alcanzó el número 1 en las listas del Reino Unido y es generalmente considerado uno de los mejores álbumes en vivo de rock and roll.

La banda comenzó las grabaciones de un nuevo álbum en enero de 1982. Iron Fist se lanzó en abril y fue el último lanzamiento con la formación Lemmy/Clarke/Taylor, ya que Clarke se iría poco después. Su partida se debió a que la banda colaboró con The Plasmatics para grabar la canción "Stand by your Man" (un clásico de Tammy Wynette), lo que Clarke sintió que comprometía los principios de la banda. Lemmy y Taylor hizo numerosas llamadas telefónicas para encontrar un guitarrista, incluida una a Brian Robertson, exmiembro de Thin Lizzy. Robertson firmó un contrato para un solo álbum con la banda, lo que resultó en Another Perfect Day en 1983.
Después de la gira para promocionar el álbum, Robertson se fue. La banda recibió cintas de guitarristas potenciales de todo el mundo y, volviendo al concepto de dos guitarras principales, contrataron a los desconocidos Würzel y Phil Campbell. En febrero de 1984, el nuevo cuarteto grabó una canción para la serie de televisión británica The Young Ones.
Poco después, Taylor se fue de la banda, cediendo su lugar al exbaterista de Saxon, Pete Gill. Bronze pensó que la nueva formación no daría la talla y decidió poner fin a sus obligaciones con el grupo lanzando un álbum recopilatorio doble. Lemmy insistió en que la banda grabara 4 canciones nuevas para incluirlas al final de cada lado del LP. Estas se grabaron en mayo de 1984; una de ellas fue "Killed by Death", una de las canciones más famosas de la banda. No Remorse se lanzó en septiembre.

El grupo estuvo envuelto en un litigio judicial con Bronze durante los siguientes dos años, lo que les impidió grabar. Una vez resuelto el caso, Motörhead comenzó a trabajar en un nuevo álbum. Orgasmatron se lanzó en 1986, y al año siguiente Gill se fue y Taylor regresó a la banda. Lemmy apareció en la película Eat the Rich, y el grupo escribió una canción con el mismo nombre para la película.

Después de hacer más grabaciones, lanzaron el álbum Rock 'n' Roll en 1987. Lamentablemente, la banda se vio nuevamente envuelta en un litigio judicial con su entonces sello discográfico, que no se resolvió hasta mediados de 1990.
Justo después de que se resolviera el caso, Motörhead entró al estudio para grabar un nuevo álbum. 1916 se lanzó en 1991. Durante la grabación del siguiente álbum de la banda, Campbell fue despedido y su lugar lo ocupó Tommy Aldridge. El mismo Aldridge se fue antes de que se completara la grabación y cedió su lugar a Mikkey Dee de King Diamond. Dee solo apareció en la canción "Hellraiser" (una canción originalmente escrita por Lemmy para el álbum No More Tears de Ozzy Osbourne), y la banda publicó el LP March ör Die en 1992.
1993 vio el lanzamiento del álbum Bastards, un regreso total a la buena forma del grupo.

Dos canciones del LP serían regrabadas más tarde (una con la colaboración vocal de Ice-T) para la banda sonora de la película Airheads. Dos años después, publicaron el álbum Sacrifice. Fue el último álbum de la banda como cuarteto; durante su grabación se hizo evidente que Würzel no estaba en condiciones de continuar, y se fue después de que el álbum estuviera terminado.
El primer álbum de la banda como trío fue Overnight Sensation de 1996. La formación Lemmy, Campbell y Dee resultó ser la más duradera de la banda. Durante los siguientes 19 años, hicieron giras sin parar y publicaron 9 álbumes más, destacando Inferno (2004), Kiss of Death (2006) y Aftershock (2013).
Para 2013, la salud de Lemmy había comenzado a empeorar. El último concierto de Motörhead fue en Berlín el 11 de diciembre de 2015. Dos semanas después, Lemmy falleció, solo cuatro días después de celebrar su 70 cumpleaños. Fue el segundo miembro de Motörhead en morir en 2015, después de Phil Taylor el mes anterior.
Fast Eddie Clarke murió el 10 de enero de 2018, a los 67 años, tras una batalla contra la neumonía, convirtiéndose en el último miembro de la formación clásica de la banda en fallecer.