På gruppas første plater kan en høre Wilson spille gitar på en svært Chuck Berry-inspirert måte. Etter hvert sang han også hovedstemmen på en del låter, med «Girl Don't Tell Me» fra 1965 som den første. Fra midten av 1960-årene hadde Beach Boys en praksis med å erstatte gruppemedlemmene med studiomusikere på plateinnspillinger. Carl fortsatte imidlertid å spille sjøl. På denne tida blei det også stadig vanligere at han sang hovedstemmen, blant annet på hitlåter som «Good Vibrations», «God Only Knows», «Darlin'», «Wild Honey» og «I Can Hear Music».