En 1965 Barrett fundó Pink Floyd junto con David Gilmour, Nick Mason y Rick Wright, y compuso varios de los éxitos iniciales del grupo. Su rock con cierta fusión de jazz convirtió al grupo en el favorito de la corriente psicodélica londinense, y en 1967 su álbum 'The Piper at the Gates of Dawn', compuesto mayormente por Barrett, quien también tocaba la guitarra, fue un éxito comercial.

Pero la inestabilidad mental de Barrett y su adicción al LSD, le llevaron a abandonar el grupo en 1968, cinco años antes de que Pink Floyd lanzará su álbum más popular, 'Dark Side of the Moon'.

Barrett a su vez tuvo dos álbumes como solista, 'The Madcap Laughs' y 'Barrett', pero poco después se retiró de la escena musical por completo.

Aunque la carrera musical de Barrett fue breve, sus canciones de fragilidad y nostalgia inspiraron a muchos músicos, desde David Bowie hasta los otros miembros de Pink Floyd, que grabaron el álbum 'Wish You Were Here' en homenaje a él.