énekese, gitárosa és fő dalszerzője 1946. március 6-án született Cambridgeben. Apja, Douglas Gilmour a Cambridge-i Egyetem Zoológiai Tanszékének vezető docense volt.
A cambridge-i Hills Roadon található The Perse School-ba járt, ahol találkozott a Pink Floyd későbbi gitárosával, Syd Barrett-tel. Ekkor még nem ugyanabban a zenekarban játszottak, mivel Gilmour 1963-ban csatlakozott a Jokers Wild nevű helybéli zenekarhoz. Cambridge környékén ők számítottak az egyik legjobb zenekarnak, minden tagja képzett zenész volt.
1967 decemberében hívta meg Nick Mason a Pink Floydhoz, hogy ha gondolja, akkor játsszon velük. Végül 1968 januárjában csatlakozott is hozzájuk. Mikor Barrett végül teljesen kiszállt a zenekarból Gilmour lett a szólógitáros és a másik fő énekes, Roger Waters basszusgitáros és Richard Wright billentyűs mellett. Waters és Gilmour kapcsolata a The Wall filmváltozatának forgatása és az 1983-as The Final Cut felvétele idején megromlott. Az Animals felvételei után Gilmour úgy érezte, hogy nem használta ki maximálisan a zenei tudását, ezért elkészítette első szólólemezét David Gilmour néven 1978-ban. 1985-ben Waters bejelentette, hogy „az ő részéről vége a Pink Floydnak”. Ezt követően Gilmour vette át az irányítást a zenekarnál, s Masonnal és Wrighttal közösen elkészítették az 1987-es A Momentary Lapse of Reason lemezt. Az album kiadása és a világ körüli turnén után hivatalosan is visszajött Wright a formációhoz, hogy elkészítsék a következő - s egyben a legutolsó - Pink Floyd-lemezt, az 1994-es The Division Bellt. 2005. július 2-án a Pink Floyd Roger Watersszel együtt fellépett a Live 8-en. A koncert átmeneti, 1343%-os növekedést eredményezett az Echoes: The Best of Pink Floyd eladásában. Az ebből származó nyereséget Gilmour jótékonysági célokra fordította. Mint felvételvezető rengeteg előadóval dolgozott már együtt élete során és sikeres szólókarriert tudhat maga mögött a Pink Floyd feloszlása után. Számos jótékonysági szervezetnek adományozott és 2003-ban A Brit Birodalom Rendje kitüntetés tulajdonosa lett. 2008-ban „Kimagasló Közreműködő” nevű Q Awards-díjat kapott, amit a már elhunyt Richard Wrightnak ajánlott fel. 2011-ben a Rolling Stone magazin a 14. helyre sorolta be a Minden idők 100 legjobb gitárosa listán.