Die Aufnahmen waren nicht geplant und entstanden als spontane Jamsession. Carl Perkins, der bereits ein erfolgreicher Sun-Künstler war und mit Blue Suede Shoes einen Hit hatte, kam mit seinen Brüdern Clayton und Jay sowie dem Schlagzeuger W. S. Holland ins Studio, um neue Lieder aufzunehmen, darunter das später sehr erfolgreiche Matchbox. Sam Phillips, Inhaber von Sun Records und Perkins’ Produzent, brachte den noch jungen und unbekannten Pianisten Jerry Lee Lewis mit, da er mit der sparsamen Instrumentierung der Rockabilly-Künstler brechen wollte.

Am frühen Nachmittag erschien der ehemalige Sun-Künstler Elvis Presley, der bei RCA Records unter Vertrag stand, mit seiner Freundin Marilyn Evans, um seinen alten Kollegen einen Besuch abzustatten. Presley hatte sich mit fünf Nummer-eins-Singles und zwei Nummer-eins-Alben innerhalb der letzten zwölf Monate zum gefragtesten Rock-’n’-Roll-Star hochgearbeitet und war vier Monate vorher in der „Ed Sullivan Show“ aufgetreten, die einen Marktanteil von 83 Prozent mit etwa 55 Millionen Zuschauern erreichte.

Während eines Gesprächs mit Sam Phillips hörte Presley im Hintergrund Perkins’ Aufnahmen, die ihm gefielen, und entschied sich spontan, ein wenig mitzuspielen. Philips ließ die Aufnahme weiterlaufen und hielt so die Jamsession fest. Kurz darauf gesellte sich Johnny Cash, der bereits einige Hits in den Country-Charts hatte, zu den restlichen Musikern. Laut Cashs Autobiografie soll er sogar als erster der Musiker an diesem Tag im Studio gewesen sein.

Phillips nutzte die Gelegenheit und benachrichtigte die regionale Tageszeitung „Memphis Press-Scimitar“, die unter anderem den renommierten Journalisten Bob Johnson schickte. Am folgenden Tag erschien Johnsons Artikel mit dem Titel „Million Dollar Quartet“ und dem Foto, das später die Veröffentlichungen der Aufnahmen zierte.

Auf den meisten Aufnahmen kann man Presley als Leadsänger und Pianisten hören, während die anderen ihn lediglich begleiten. Carl Perkins begnügte sich mit der Leadstimme bei Keeper of the Key, spielte größtenteils die Gitarre und sang oft als Hintergrundstimme mit. Clayton Perkins, Jay Perkins und W.S. Holland sind hauptsächlich bei den ersten Songs zu hören, ebenso wie Charles Underwood als Rhythmusgitarrist. Bei einigen Gesangsparts ist zudem Cliff Gleaves zu hören, der mit Presley ins Studio gekommen war. Jerry Lee Lewis singt häufig mit Presley im Duett und übernimmt gegen Ende das Klavierspielen.

Johnny Cash ist nicht eindeutig herauszuhören. Laut Bob Johnson soll Cash bei Blueberry Hill und Isle Of Golden Dreams zu hören sein, was 1972 von Carl Perkins bestätigt wurde, der sagte, man habe mit Cash Blueberry Hill, Island Of Golden Dreams, I Won't Have To Cross The Jordan Alone, The Old Rugged Cross, Peace in the Valley, Tutti Frutti und Big Boss Man gesungen. Von diesen Liedern wurde jedoch nur Peace in the Valley veröffentlicht. In Cashs Autobiografie heißt es zudem, er habe weit vom Mikrophon entfernt gestanden und zudem höher gesungen als sonst, um Presley besser begleiten zu können.