În 1965, în timp ce dl Barrett studia pictura și artele plastice la școala de artă Camberwell din sudul Londrei, dl Waters, toboșarul Nick Mason și claviaturistul Rick Wright studiau arhitectura la Regent Street Polytechnic. Aceștia l-au recrutat pe domnul Barrett pentru a se alătura trupei lor de blues. Domnul Barrett a combinat prenumele a doi bluesmen, Pink Anderson și Floyd Council, pentru a denumi grupul Pink Floyd.
Blues-rock-ul s-a retras în curând în muzica lui Pink Floyd, lăsând loc unor cântece care s-au bazat pe inovațiile pop ale Beatles și pe percepțiile extinse ale anilor 1960. Muzica a urmărit versurile domnului Barrett prin schimbări de metru, interludii improbabile și efectele sonore din alte lumi pe care trupa le genera pe scenă în cluburi londoneze precum UFO, un bastion al psihedeliei. Domnul Barrett a folosit un aparat de ecou și a glisat o brichetă Zippo de-a lungul corzilor chitarei sale pentru a crea una dintre semnăturile sonice ale Pink Floyd.
La începutul anului 1967, Pink Floyd a semnat cu EMI Records. Primele sale două single-uri „Arnold Layne”, un cântec afectuos despre un travestit, și „See Emily Play” au ajuns în Top 20 britanic. Pink Floyd și-a făcut albumul de debut la Abbey Road Studios, în timp ce Beatles lucrau la „Sgt. Pepper’s Lonely Hearts Club Band” alături. „The Piper at the Gates of Dawn” a fost un album psihedelic definitiv. Cântecele sale amestecau uimirea copilărească cu semnele unui dezastru, iar muzica sa avea tangențe exuberante înainte de a reveni la refrenele pop.
Pe scenă, muzica era mai liberă și mai anarhică. Membrii trupei au spus că domnul Barrett era instabil chiar înainte de a începe să consume droguri pe scară largă și și-a dezvoltat o reputație de comportament ciudat. Pentru un spectacol, a încercat să își aranjeze părul cu o combinație de Brylcreem și pastile de tranchilizante Mandrax zdrobite, care au fost topite de luminile de pe scenă și au început să i se scurgă pe față în timp ce cânta. Cântând la Fillmore West în cadrul turneului american al trupei Pink Floyd din 1967, domnul Barrett stătea cu privirea în gol și dezacorda corzile de la chitara sa. Trupa și-a scurtat turneul american.
În 1967, domnul Barrett lua LSD în fiecare zi, iar acest lucru îl lăsa adesea incapabil să cânte. Domnul Gilmour s-a alăturat trupei Pink Floyd la sfârșitul anului 1967, iar în primăvara anului 1968, domnul Barrett a ieșit din trupă. El a scris cântecul care închide „A Saucerful of Secrets”, cel de-al doilea album al Pink Floyd: „Jugband Blues”, care include o formație a Armatei Salvării care cântă pe o secțiune. „Este teribil de grijuliu din partea voastră să vă gândiți la mine aici”, a cântat el, „și vă sunt foarte recunoscător că ați clarificat/că nu sunt aici.”
.