デヴィッド・ギルモア
当初の予定では、バレットは曲作りやレコーディングで活動してもらい、ギルモアはライブやメディア出演での活動を行うように考えていた(ザ・ビーチ・ボーイズのブライアン・ウィルソンとブルース・ジョンストンのような形にしようとしていた)。しかし、バレットの症状はあまりにも酷く、バンドからの脱退(実質は解雇)を余儀なくされる。
バレット脱退後のバンドは、ロジャー・ウォーターズが作詞・作曲を手掛け、ギルモアはギタリスト兼ボーカリストとして活躍。最初にリード・ボーカルを担当したのがシングル曲「夢に消えるジュリア」だった。サウンド面では『神秘』や『原子心母』のアイデアを提供している。
ギタリストとしては、派手なプレイは少ないものの、緻密な音作りによって叙情的で美しい独特のサウンドを生み出し、高い評価を得ている。ブルージーかつ浮遊感のあるギルモアのバッキングは、フロイド・サウンドの代名詞ともいえる存在である。また、「コンフォタブリー・ナム」「タイム」「マネー」などでのギターソロはロック史に残るプレイとして名高い。
1969年の発表の『ウマグマ』で作詞に苦労し、ウォーターズにアドバイスを求めるも拒否されている。1970年発表の『原子心母』では「デブでよろよろの太陽」を、1972年発表の『雲の影』では「大人への躍動」をそれぞれ作詞作曲。それ以降、バンド内ではウォーターズが1986年に脱退するまですべての作詞を担当したため、ギルモアはまったく歌詞を書いていない。ウォーターズ脱退後はバンドのリーダーとなったが、作詞においては小説家であるポリー・サムソン(英語版)と再婚する等外部からの協力を仰いでいる。
2010年、イギリスでのチャリティ・ライブでロジャー・ウォーターズと共演して4曲を演奏。また、2011年3月12日にもロジャーのソロ・ツアー「The Wall Live」のO2アリーナ公演にて競演を果たしている。
2010年、ジ・オーブのアルバム『メタリック・スフィアーズ』の録音に、ギター/ボーカルとして参加。 同アルバムは2010年10月に発表された。
2010年12月、義理の息子のチャーリー・ギルモア(ポリー・サムスンの連れ子)が騒乱罪や公共物破損未遂などの容疑で逮捕された。政府の大学授業料値上げに反対するデモに参加した際、戦没者慰霊碑に掲げてあるイギリス国旗にぶら下がったり、チャールズ3世(当時皇太子)夫妻の車列にゴミ箱を投げつけるなど、破壊行為や窃盗行為で起訴された。翌年3月にはチャーリーに1年4か月の禁固刑の実刑判決が下された。
2015年、9年振りとなる新作『飛翔』を発表。第1弾シングル「ラトル・ザット・ロック」には刑務所の元受刑者による合唱団ザ・リバティ・クワイアが参加している。息子が服役した際に刑務所制度を見直したことがきっかけで実現したという。ギルモアはザ・リバティ・クワイアの後援者にもなっている。ワールドツアーを開催し、1971年以来のイタリア・ポンペイでライブ公演が実現、同市から名誉市民を授与された。