Nel 1965, mentre il signor Barrett studiava pittura e belle arti alla scuola d’arte Camberwell nel sud di Londra, il signor Waters, il batterista Nick Mason e il tastierista Rick Wright studiavano architettura al Regent Street Polytechnic. Reclutarono Mr. Barrett per unirsi alla loro band blues. Barrett combinò i nomi di due bluesmen, Pink Anderson e Floyd Council, per chiamare il gruppo Pink Floyd.
Il blues-rock si ritirò presto nella musica dei Pink Floyd, lasciando il posto a canzoni che costruivano sulle innovazioni pop dei Beatles e sulle percezioni allargate degli anni ’60. La musica seguiva i testi di Mr. Barrett attraverso cambi di metro, intermezzi improbabili e gli effetti sonori ultraterreni che la band generava sul palco di club londinesi come l’UFO, un bastione della psichedelia. Mr. Barrett usava una macchina per l’eco e faceva scivolare un accendino Zippo lungo le corde della sua chitarra per creare una delle firme sonore dei Pink Floyd.
All’inizio del 1967, i Pink Floyd firmarono per la EMI Records. I suoi primi due singoli “Arnold Layne”, una canzone affettuosa su un travestito, e “See Emily Play” raggiunsero la Top 20 inglese. I Pink Floyd fecero il loro album di debutto agli Abbey Road Studios, mentre i Beatles lavoravano a “Sgt. Pepper’s Lonely Hearts Club Band” nella porta accanto. “The Piper at the Gates of Dawn” fu un album psichedelico definitivo. Le sue canzoni mescolavano la meraviglia infantile con i presagi del disastro, e la sua musica virava su tangenti esuberanti prima di ritornare a ritornelli pop.
Sul palco, la musica era più libera e anarchica. I membri della band hanno detto che Mr. Barrett era instabile anche prima di iniziare l’uso estensivo di droghe, e ha sviluppato una reputazione per un comportamento strano. Per uno spettacolo, cercò di lisciarsi i capelli con una combinazione di Brylcreem e pillole tranquillanti Mandrax schiacciate, che furono sciolte dalle luci di scena e cominciarono a trasudare lungo il suo viso mentre suonava. Suonando al Fillmore West durante il tour americano del 1967 dei Pink Floyd, Mr. Barrett stava fissando il vuoto e staccando le corde della sua chitarra. La band tagliò il suo tour americano.
Durante il 1967, Mr. Barrett prendeva LSD ogni giorno, e questo spesso lo lasciava incapace di suonare. Mr. Gilmour si unì ai Pink Floyd alla fine del 1967, e dalla primavera del 1968, Mr. Barrett era fuori dalla band. Ha scritto la canzone che chiude “A Saucerful of Secrets”, il secondo album dei Pink Floyd: “Jugband Blues”, che include una banda dell’Esercito della Salvezza che suona in una sezione. “È terribilmente premuroso da parte tua pensare a me qui”, cantava, “e ti sono molto obbligato per aver chiarito/che non sono qui”.