Im Jahr 1965, während Mr. Barrett Malerei und Kunst an der Camberwell Art School in Südlondon studierte, studierten Mr. Waters, der Schlagzeuger Nick Mason und der Keyboarder Rick Wright Architektur am Regent Street Polytechnic. Sie rekrutierten Mr. Barrett für ihre Bluesband. Mr. Barrett kombinierte die Vornamen zweier Blueser, Pink Anderson und Floyd Council, um die Gruppe Pink Floyd zu nennen.
Der Blues-Rock trat in der Musik von Pink Floyd bald in den Hintergrund und machte Platz für Songs, die auf den Pop-Innovationen der Beatles und den erweiterten Wahrnehmungen der 1960er Jahre aufbauten. Die Musik folgte Barretts Texten durch Taktwechsel, unwahrscheinliche Zwischenspiele und jenseitige Soundeffekte, die die Band auf der Bühne in Londoner Clubs wie dem UFO, einer Bastion der Psychedelia, erzeugte. Barrett benutzte eine Echomaschine und ließ ein Zippo-Feuerzeug über die Gitarrensaiten gleiten, um eine der klanglichen Signaturen von Pink Floyd zu erzeugen.
Anfang 1967 unterschrieben Pink Floyd bei EMI Records. Ihre ersten beiden Singles „Arnold Layne“, ein liebevoller Song über einen Transvestiten, und „See Emily Play“ erreichten die britischen Top 20. Pink Floyd nahmen ihr Debütalbum in den Abbey Road Studios auf, während die Beatles nebenan an „Sgt. Pepper’s Lonely Hearts Club Band“ arbeiteten. „The Piper at the Gates of Dawn“ war ein definitives psychedelisches Album. In den Liedern mischten sich kindliches Staunen und die Vorboten des Unheils, und die Musik schlug überschwängliche Richtungen ein, bevor sie zu Pop-Refrains zurückkehrte.
Auf der Bühne war die Musik freizügiger und anarchischer. Bandmitglieder sagten, Mr. Barrett sei schon labil gewesen, bevor er mit dem intensiven Drogenkonsum begann, und er entwickelte einen Ruf für seltsames Verhalten. Bei einem Auftritt versuchte er, sich die Haare mit einer Kombination aus Brylcreem und zerkleinerten Mandrax-Tranquilizer-Pillen zu glätten, die durch das Bühnenlicht geschmolzen wurden und während des Auftritts an seinem Gesicht herunterzulaufen begannen. Bei einem Auftritt im Fillmore West auf der Amerika-Tournee von Pink Floyd 1967 starrte Barrett ins Leere und stimmte die Saiten seiner Gitarre. Die Band brach ihre Amerika-Tournee ab.
Im Laufe des Jahres 1967 nahm Mr. Barrett täglich LSD, was ihn oft unfähig machte, aufzutreten. Herr Gilmour stieß Ende 1967 zu Pink Floyd, und im Frühjahr 1968 war Herr Barrett aus der Band ausgeschieden. Er schrieb den Song, mit dem „A Saucerful of Secrets“, das zweite Album von Pink Floyd, endet: „Jugband Blues“, in dem eine Band der Heilsarmee einen Teil spielt. „Es ist sehr rücksichtsvoll von euch, dass ihr hier an mich denkt“, sang er, „und ich bin euch sehr dankbar dafür, dass ihr es klar gemacht habt, dass ich nicht hier bin“
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