ケイト・ブッシュの兄を介して無名時代のケイト・ブッシュを知り、デモテープ製作等を支援。その後の彼女のアルバムにも幾つか参加している。

1978年、初のソロ・アルバム『デヴィッド・ギルモア』を発表。ピンク・フロイドの他のメンバーに先駆け、最初のソロ・アルバム発表となった。ピンク・フロイド加入前のバンド時代のメンバーと制作した。このソロ・プロジェクト時に思いつき、後にバンドで生かされたのが『ザ・ウォール』収録の「コンフォタブリー・ナム」である。
1980年代『狂気のプロフィール』ライブ・ツアー (1984年)

1984年、アルバム『狂気のプロフィール』を発表。ディープ・パープルのジョン・ロード、ザ・フーのピート・タウンゼント、スティーヴ・ウィンウッドらが参加する。直後にソロ名義として初のツアーを行っている。ロンドン公演の模様はビデオ作品『David Gilmour』（※日本未発表）に収められている。またポールマッカートニーのひとりぽっちのロンリー・ナイトに参加し、印象的なギターソロを弾いている。

1985年、ライヴ・エイドにブライアン・フェリーのバンド・メンバーとして出演する。ピンク・フロイドは活動停止中だったため、フロイドのメンバーでは唯一の出演となった。

1987年、ウォーターズ脱退後初となるピンク・フロイドのアルバム『鬱』を発表し、世界的なヒットを記録する。以降は、再始動したピンク・フロイドのリーダーとしてバンドを率い、ベースやキーボードなども演奏している。また、いくつかの共作を除いては、ほとんどの楽曲制作を行っている。

1989年、「ロック・エイド・アルメニア・チャリティー」で、キース・エマーソン、ブライアン・メイ、トニー・アイオミ、リッチー・ブラックモア、ポール・ロジャースらとの競演を果たしている。
1990年代

1994年、7年振りとなるピンク・フロイドの新作『対』を発表、プロデュースも担当している。アルバム発売後には大規模なワールド・ツアーを開催する。また、本作で作詞を手掛けたポリー・サムスンと後に結婚(共に再婚)している。

1996年、イギリスで行われた「プリンス・トラスト」にて、ザ・フーのステージにボーカルとギターで参加。

1999年には、ポール・マッカートニーのバンド・メンバーとして、ミック・グリーン、デイヴ・マタックス、イアン・ペイス（ディープ・パープル）などと共にアルバム『ラン・デヴィル・ラン』のレコーディング及び同時期に行われたツアーに参加する。

1990年代はピンク・フロイドや自身のソロ活動よりも、他のアーティストのレコーディング参加やプロデュース業に多くの時間が割かれている。
2000年代「LIVE 8」に出席するギルモア（2005年7月）『オン・アン・アイランド』ライブ・ツアー (2006年)

2001年6月にロンドンのロイヤル・フェスティヴァル・ホールにてアコースティック中心のライブを行う。この模様はDVD『イン・コンサート』に収録されている。

同じくアコースティック中心での内容で、翌2002年初頭にヨーロッパ・ツアーも行う。2002年のツアーにはピンク・フロイドのリチャード・ライトが参加している。公演によっては、ゲストとしてボブ・ゲルドフやケイト・ブッシュも参加した。

2003年、これまでの音楽活動やチャリティー活動の功績が認められ、CBE（上級勲爵士）を授けられている。

2005年7月2日、アフリカ貧困撲滅チャリティー・イベント「LIVE 8」で黄金期のメンバー4人が集まり、ピンク・フロイドとして一夜限りの再結成を果たす。

2006年、22年振りとなる新作『オン・アン・アイランド』を発表し、ソロとしては初の全英1位を獲得した。アルバム発売後、ソロ名義でのヨーロッパ・アメリカツアーを行っている。このツアーにも2002年と同様、リチャード・ライトが参加している他、2006年5月31日のロンドン公演ではニック・メイスンの飛び入りも実現している。しかし、依然としてピンク・フロイド再始動に関しては否定的である。このツアーの模様は、5月に行われたロイヤル・アルバート・ホールの公演を収めたDVD『覇響』（2007年）、8月に行われたポーランド公演を収めたCD『Live in Gdansk』（2008年）にて発表されている。

2008年6月15日、「原子心母」のオーケストラ・アレンジを務めた前衛音楽家ロン・ギーシン主催の「Atom Heart Mother」と題されたロンドンでのコンサートにゲスト出演。このコンサートは6月14日から28日まで行われたチェルシー・フェスティバルの一環として開催され、「Atom Heart Mother」と題されたスペシャル・ライブは6月14日と15日の2日間行われた。ギルモアは2日目の15日のライブのみに出演。ギルモアは10名のブラス奏者、地元合唱団、チェロ奏者のキャロライン・デイル、イタリアのフロイドのコピーバンドのマン・フロイド、そしてロン・ギーシンと共に「原子心母」を演奏した。