Метнер с детства занимался музыкой с матерью, музицировал с братьями и очень рано проявил склонности к композиции. Поступив в 1892 в Московскую консерваторию, учился по классу фортепиано у П.А.Пабста и окончил консерваторию как пианист по классу В.И.Сафонова в 1900 с малой золотой медалью. Тогда же принял участие в Третьем международном конкурсе пианистов имени А.Г.Рубинштейна, где получил первый почетный отзыв. В начале 1900-х годов опубликовал свои первые произведения (фортепианные пьесы и романсы). Дебютировал с исполнением собственной музыки (четыре Картины-настроения) 26 марта 1903 в Москве в Малом зале консерватории; с 1906 давал ежегодные авторские концерты. Как пианист имел большой успех, концертировал в России и с 1904 за рубежом; в репертуаре, кроме собственных, преимущественно произведения Бетховена, Шумана, Шопена, Чайковского, впоследствии также Рахманинова. Критика писала, что Метнер за роялем – не виртуоз, а «исполнитель-творец, увлеченный одной сутью исполняемых вещей». Расцвет творческой деятельности Метнера приходится на 1910-е годы, когда появляются, в частности, его фортепианные сонаты (оп. 22, 25, 27, 30) и др.

В 1900-х годах Метнер преподавал в частной музыкальной школе Л.Э.Конюса, в Елизаветинском институте, после 1905 – в Народной консерватории; был также связан с деятельностью концертной антрепризы «Дом песни», основанной М.А.Олениной-д'Альгейм; в 1909–1910 и 1915–1919 профессор класса фортепиано Московской консерватории. В 1921 уехал за границу, жил в Германии и Франции, с 1936 – в Великобритании. В феврале 1927 последний раз посетил Россию с длительными гастролями, в том числе с авторскими концертами, которые прошли с огромным успехом. За рубежом широко концертировал в Европе и в США, вел частную педагогическую деятельность, много сочинял. В первой половине 1930-х годов работал также над книгой Муза и Мода (Париж, 1935), посвященной творческому процессу сочинения музыки. В конце 1940-х годов, благодаря помощи одного из учеников, смог осуществить запись на пластинки ряда своих сочинений (в том числе трех фортепианных концертов и самого позднего своего опуса – фортепианного квинтета, который был начат еще в первые годы 20 в., а завершен в 1949).

Композиторская деятельность Метнера связана главным образом с фортепианными жанрами, как с крупными (три концерта и множество сонат, в основном фортепианных и трех сонат для скрипки с фортепиано), так и с миниатюрами, часто объединенными в циклы (сказки, новеллы, импровизации и т.д.). Он создал много интересной и утонченной вокальной музыки; среди его любимых поэтов – Пушкин, Тютчев, Гёте. Уникальный композиторский стиль Метнера, строгий и серьезный, сохраняющий единство на протяжении всего пути музыканта, – оригинальное явление в русской культуре: он представляет собой синтез западноевропейской (главным образом немецкой) романтической традиции (в плане не только музыкальном, но прежде всего духовном) и ряда черт, типичных для русской школы. Понятие «философская» в наибольшей степени приложимо к музыке Метнера, особенно к произведениям, написанным в его излюбленной форме – сонатной: сонаты и концерты композитора представляют собой именно «драмы идей», хотя этому автору не чужды и очень красивые лирические образы, появляющиеся обычно в виде «реминисценций»-воспоминаний. Для его фортепианного письма характерна сложная, насыщенная полифонией фактура и сдержанность красок – некоторая «графичность».

Искусство Метнера высоко оценивалось его современниками (включая Рахманинова, Прокофьева, Мясковского). С Рахманиновым Метнера связывала многолетняя дружба; Метнеру посвящен Четвертый концерт Рахманинова для фортепиано с оркестром.

Умер Метнер в Лондоне 13 ноября 1951.