У період з 1963 по 1966 рік молодий Гілмор перепробував безліч занять від манекенника до водія вантажівки. Проте основною його пристрастю була музика, і в 1963-м Девід став учасником групи "Jokers wild".
Звідти він пішов у 1966-му і разом з деякими іншими колишніми колегами заснував новий проект, "Flowers" (пізніше перейменований в "Bullitt"). З півроку група каталася по Іспанії і Франції і по закінченні гастролей розпалася. На початку 1967-го Барретт запросив Гілмора у студію "Sound Techniques", де "Pink Floyd" записували свій другий сингл, "See Emily play". У той час Сід вже перебував під гнітом наркотиків, і його колегам було ясно, що лідер групи потребує заміни.
Після виходу дебютного альбому "Pink Floyd" Мейсон запропонував вирішити проблему шляхом введення до складу Гілмора. Сід, правда, ще був присутній на сесіях "A saucerful of secrets", але свої партії записував окремо від Девіда. Після відходу Барретта до Гилмору перейшли обов'язки лідер-гітариста і частково вокал. Починаючи з альбому "Ummagumma" Дейв почав пробувати себе також у ролі сонграйтера. На цьому терені він досить досяг успіху в 1975 році, коли написав "Shine on you crazy diamond". Ця блискуча композиція присвячувалася його колишньому товаришеві і засновнику "Pink Floyd" Барретту. У 1978 році Гілмор вирішив переступити рамки групи і записати свій сольний альбом.
На сесії, що проходили у французькій "Superbear studios", Дейв запросив своїх давніх партнерів по "Bullitt" і "Jokers wild" Віллі Уїлсона і Ріка Уиллса. Коли робота була вже практично завершена, Гилмору спав на думку риф для ще однієї пісні. Проте його колеги вже роз'їхалися по домівках, і Девіду не довелося включити композицію на "David Gilmour". Вона з'явилася роком пізніше під назвою "Comfortably numb" на альбомі "Pink Floyd" і стала одним з найбільш чудових творінь групи.
Друга сольна робота музиканта вийшла в 1984 році, коли "PF" вже практично лежав у руїнах. "About face" Гілмор записував в паризькій "Pathe-Marconi Studios". У якості гостей були запрошені Джефф Поркаро з "Toto", Піно Палладіно і Ян Кьюл з групи Пола Янга і Стів Уінвуд ("Traffic"). Вихід платівки супроводжувався 15-тижневим туром з відвідуванням дванадцяти країн. Після відходу Роджера Вотерса і тривалих судових баталій Девіду вдалося зберегти за собою, Мейсоном і Райтом права на назву "Pink Floyd" і залишок тисячоліття він присвятив роботі в цій групі.
У 2001 році Девід дав декілька акустичних концертів, на основі яких потім вийшло відео. Останнім часом Гілмор приділяв велику увагу благодійній діяльності. Так, наприклад, він продав свої лондонські апартаменти за шість мільйонів доларів і вклав ці гроші в будівництво житла для бездомних. Але заняття філантропією аж ніяк не заважали Дейву займатися музикою, і в 2005 році він взявся за підготовку третього сольного альбому.