Zespół później związał się z Chesterem Benningtonem i z powodzeniem podpisał kontrakt z wytwórnią Warner Bros Records. Pierwszy studyjny album Linkin Park, Hybrid Theory, stał się przełomowym sukcesem i pomógł zespołowi osiągnąć międzynarodowy sukces.
Shinoda niemal od początku istnienia zespołu jest mocno zaangażowany w techniczne aspekty nagrań, a wraz z kolejnymi wydawnictwami ta rola wciąż się zwiększała. Shinoda wraz z gitarzystą Bradem Delsonem zaprojektował i wyprodukował minialbum Hybrid Theory EP i odegrał podobne role w nagraniu Hybrid Theory. Shinoda nadzorował pierwszy album z remiksami zespołu o tytule Reanimation w 2002 roku, a także współpracował z grafikiem Frankiem Maddocksem i kolegą z zespołu, Joe Hahnem, aby przygotować grafiki do tego albumu. Mike współpracował również z Flem, Deltą, Jamesem R. Minchinem III, Nickiem Spanosem i Joe Hahnem przy okładce drugiego albumu studyjnego zespołu Meteora. Mike współprodukował także ten album, co było jego pierwszym poważnym doświadczeniem producenckim.
Linkin Park wydał swój kolejny album, Minutes to Midnight, 14 maja 2007 roku. Na tym albumie Shinoda współdzielił funkcję producenta z Rickiem Rubinem.