Né le 6 mars 1946 à Cambridge, Gilmour est le deuxième enfant d'un couple d'enseignants. Après avoir étudié la musique au Royal College of Music de Londres, il rejoint Pink Floyd à l'invitation de son ami Syd Barrett. Le premier album du groupe avec Gilmour en tant que guitariste principal, "The Piper at the Gates of Dawn", est considéré comme un classique de la musique rock psychédélique.
Avec Pink Floyd, Gilmour participe à l'écriture et à l'enregistrement de plusieurs des albums les plus importants du groupe, tels que "Dark Side of the Moon", "Wish You Were Here" et "The Wall". En plus d'être un guitariste solide, Gilmour est également connu pour son chant et sa contribution à la production musicale.
En 1978, il sort son premier album solo, "David Gilmour", qui comprend le single "Rah" qui atteint la première place des charts britanniques. Pendant cette période, il continue à travailler avec Pink Floyd, notamment pour l'enregistrement de l'album "The Final Cut" (1983) qui est considéré comme un hommage au membre défunt du groupe Richard Wright.
En 2005, Gilmour sort son second album solo, "On an Island". Cet album atteint la première place des charts britanniques et reçoit de bonnes critiques. Deux ans plus tard, Pink Floyd se réunit pour une dernière fois pour jouer un concert à Londres qui attire plus de 20 millions de téléspectateurs sur les chaînes de télévision.
David Gilmour continue à tourner et enregistrer de la musique sous son nom, notamment avec l'aide de Rick Wright jusqu'à sa mort en 2008. Il est également connu pour ses activités caritatives, notamment pour la défense des oiseaux marins menacés.