Il gruppo iniziò come un piccolo progetto casalingo. Le cose, tuttavia, iniziarono velocemente a crescere, e Matt Watcher si unì alla band come bassista. Dopo qualche cambio di chitarrista (i primi due chitarristi del gruppo, Kevin Drake e Solon Bixler, lasciarono la band in breve tempo), i tre invitarono Tomo Miličević a far parte del gruppo. Miličević suona anche le tastiere.

Sorprendentemente, anche se Leto è un attore hollywoodiano di discreta fama, preferisce non usare il proprio nome per garantire popolarità alla band. Oltretutto, non vuole che l'attenzione sia focalizzata su di lui piuttosto che sul resto del gruppo e si rifiuta di suonare in locali che usino il suo nome per promuovere le serate.

L'album di debutto, 30 Seconds to Mars, prodotto da Bob Ezrin, è stato pubblicato nel 2002 ed è stato acclamato dalla critica. Tuttavia, secondo Billboard, non ha venduto più di 102.000 copie negli Stati Uniti. Nonostante il modesto successo di pubblico, dovuto in grande misura alla scarsa promozione, la band non si è arresa.

Il loro secondo album, A Beautiful Lie, è stato pubblicato il 30 agosto 2005. Lo sviluppo del secondo album ha richiesto tre anni di tempo e molti viaggi attraverso quattro continenti. La produzione è stata affidata a Josh Abraham, già produttore di Orgy, Linkin Park e Velvet Revolver, in collaborazione con lo stesso Jared Leto. Dopo sei mesi dall'uscita, l'album ha venduto 133.000 copie.

Dopo avere fatto da supporto a gruppi come Audioslave e Seether, nell'aprile 2006 la band ha iniziato il primo tour da headliner, chiamato Forever Night, Never Day.

Nel marzo 2007, Matt Watcher, decise di lasciare la band, per passare più tempo con la propria famiglia. Jared e gli altri componenti rispettarono la sua decisione, dichiarando che ciò non avrebbe mai cambiato l'affetto che provano per Matt. Qualche settimana dopo, Tim Kellehr entrò a far parte della band, sostituendo Matt, per lo meno fino a giugno 2007.

La band ha vinto il TRL Awards, il 14 Aprile 2007, come "Best New Artist".

I 30 Seconds to Mars hanno vinto agli Australian Video Music Awards, il 29 Aprile 2007, con il video "The kill" nelle categorie "Video of the year" e "Best Rock Video".