Em 1992, Rowlands e Simons começaram então a trabalhar como DJs, passando hip hop, techno e house. Após a escassez de material de hip hop para mixagens, passaram então a produzir suas próprias faixas. Utilizando um sistema Hitachi, um computador, um sampler e um teclado, gravaram "Song to the Siren", que foi lançado por sua própria editora. Enviaram a gravação para o DJ local Andrew Weatherall, que fez adaptações e relançou "Song to the Siren" em Maio de 1993.
No final de 1993, completaram o EP 14th Century Sky, que foi lançado em Janeiro do ano seguinte, contendo temas como "Chemical Beats", que marcou o som da banda e o estilo definido como break beat ou big beat. Este trabalho foi seguido por outro EP, "My Mercury Mouth", ainda em 1993.
Em Outubro de 1994 tornaram-se DJs residentes em clube influente de Londres, o Heavenly Sunday Social Club tendo sido convidados a remixar faxias de Manic Street Preachers e The Charlatans, além de "Jailbird" do Primal Scream e "Voodoo People" do The Prodigy.
Em março de 1995, a dupla começou sua primeira turnê internacional, que incluia os Estados Unidos e festivais pela Europa. Na mesma época o grupo Dust Brothers original ameaçou legalmente o grupo pelo uso indevido do nome, e então Rowlands e Simons decidiram mudar para "The Chemical Brothers". Em junho lançaram o quarto single, Leave Home, sendo o primeiro com a nova identidade.
Em Julho de 1995 a banda lançou seu álbum de estréia Exit Planet Dust, título esse inspirado pela mudança do nome. Entraram nas paradas do Reino Unido em nono lugar. O álbum acabou por vender mais de 1 milhão de cópias no Mundo e, logo após o seu lançamento, o grupo assinou contrato com a Virgin Records.
A faixa dos Chemical Brothers com participação nos vocais de Noel Gallagher, guitarrista da banda inglesa Oasis, "Setting Sun" foi lançada em outubro de 1996, chegando ao primeiro lugar do top de singles em vários países. Representantes legais dos Beatles entraram em contato com a banda para alegar plágio da canção "Tomorrow Never Knows", e a gravadora Virgin Records teve que contratar um especialista para provar que a canção não era plágio da obra psicadélica da década de 1960.
Em março de 1997 a dupla lançou nova faixa, "Block Rockin' Beats", que tornou-se primeiro lugar no Reino Unido, ganhando posteriormente um Grammy por melhor Rock Instrumental.
A 17 de Abril de 1997 foi lançado o segundo álbum, Dig Your Own Hole, gravado no estúdio da própria banda em Londres, e cujo título foi retirado de um graffiti na parede de fora do referido estúdio. Teve boa aceitação tanto pela crítica quanto comercialmente. A banda passou então a realizar tourneés intensivamente, particularmente nos Estados Unidos.
Em 1998 o grupo concentrou-se na tarefa de DJ, e em Setembro foi lançado o álbum de mixagens Brother's Gonna Work It Out, contendo faixais de artistas influentes no som da banda tais como Renegade Soundwave, Meat Beat Manifesto e Kenny 'Dope' Gonzales.
O terceiro álbum, Surrender, foi lançado oficialmente em Junho de 1999, contando com participações de Noel Gallagher, Jonathan Donahue dos Mercury Rev e Hope Sandoval dos Mazzy Star. "Hey Boy, Hey Girl", mais orientado ao house, torna-se o grande hit da banda. Um dos destaques, "Out Of Control", tinha vocalizações de Bobby Gillespie dos Primal Scream e Bernard Sumner dos New Order, atingindo o primeiro lugar no Reino Unido. Outra faixa que recebeu bastante atenção foi "Let Forever Be", amplamente devido a seu videoclip inovador dirigido por Michel Gondry.
Em 2000 faziam tourneés com concertos gigantes, com canções "Out Of Control" e "Hey Boy, Hey Girl" recebidas em apoteose. Em Dezembro a banda faz também algumas primeiras parte de concertos de U2 em estádios. No ano seguinte começaram os trabalhos com o novo álbum, levando pouco a pouco as faixas a público, mesma estratégia utilizada nos álbuns anteriores. A dupla ainda remixou a faixa de Fatboy Slim "Song For Shelter", presente no álbum Halfway Between the Gutter and the Stars.
O álbum Come With Us, lançado em Janeiro de 2002. Foi menos aceite que os anteriores, mas, ainda assim, alcançou o primeiro lugar do top no Reino Unido na primeira semana de lançamento, vendendo 100 mil cópias.
No final de 2002 começaram a trabalhar em novo material, incluindo "The Golden Path", uma colaboração com Wayne Coyne, vocalista e líder do The Flaming Lips incluída numa colectãnea do grupo.
Em 2004 os Chemical Brothers começaram a trabalhar em Push the Button, lançado em janeiro do ano seguinte. "Galvanize" foi o primeiro single, sucedido de "Believe" e "The Boxer". Tanto o álbum quanto "Galvanize" ganharam o Grammy em 2006.
We Are the Night, um álbum mais experimental, foi lançado em 2 de julho de 2007. Colaborações de outros músicos incluíram Klaxons (em "All Rights Reversed"), Midlake (em "The Pills Won't Help You Now"), Ali Love (em "Do It Again") e Willy Mason (em "Battle Scars").
Further é o último trabalho lançado em 2010 pelos The Chemical Brothers e representa um regresso á música de dança pura e dura, com batida techno e temas bastante extensos.
Depois do início com o instrumental "Mandala" - do último álbum “Rádio Retaliation” - os Thievery Corporation atacaram “Lebanese Blonde”, com a voz de Gunjab, gerando os primeiros fortes aplausos da plateia, mas foi com a entrada dos dois dub rappers Rootz e Sleepy Wonder que se agitaram decisivamente as hostes para nunca mais pararem. A cargo deles ficaram temas como “38.45 (A Thievery Number)”, “Vampites” (dedicado aos políticos que nos enganaram), entre outros. Pelo meio já tínhamos tido a iraniana Loulou a cantar “Shadows Of Ourselves”. A sensual Karina cantou “Hare Krsna”, em substituição de Seu Jorge, e “Exílio”, onde incentivou o público a trautear o refrão «la-la-la-laaa…». Emiliana Torrini esteve muito bem em "Heaven's Gonna Burn Your Eyes". Estas duas cantaram “El Pueblo Unido” com direito a tradução em português.
Após lançarem dois EPs, a banda edita agora “Black Diamond”. O som é uma mistura luxuriante de estilos tendo por base o Kuduro mas acrescentando diversos ritmos e sons ligados ao Hip Hop, ao Drum n’ Bass e a outras vertentes da música eletrónica. 