David Gilmour est né à Cambridge, en Angleterre. Son père, Douglas Gilmour, était guide dans la zoologie à l'Université de Cambridge, et sa mère, Sylvia, était rédactrice de film et enseignante.
Gilmour s'est d'abord marié à une Américaine, « Ginger » Hasenbein, et eut quatre enfants de cette union : Alice (né en 1976), Clare (né en 1979), Sara (né en 1983) et Matthew (né en 1986). Les enfants suivent les cours à Waldorf School, mais Gilmour qualifia l'éducation qu'ils y reçurent d'« horrible ». En 1994, il se marie à Polly Samson et le couple a quatre autres enfants : Charlie (le fils de Polly avec son ancien mari, Heatcote Williams, et trois autres nés de leur union, Joe, Gabriel et Romany. La voix de Charlie peut être entendue au téléphone avec Steve O'Rourke à la fin de la chanson
High Hopes (The Division Bell).
Gilmour fut associé a beaucoup d'associations de charité : en mai 2003, Gilmour a vendu sa maison de Maida Vale à Londres, à la famille Spencer et a donné £3,6 millions à Crisis pour aider à trouver un projet de maison pour les sans-abris. À part Crisis, Gilmour a participé à d'autres associations telles qu'Oxfam, European Union Mental Health and Illness Association, Greenpeace, Amnesty International, Lung Foundation et Nordoff-Robbins Music Therapy. Il a également donné £25 000 à "Save the Rhino Foundation" en échange à Douglas Adams pour avoir trouvé le nom de l'album The Division Bell.
À part la musique, Gilmour est également un pilote expérimenté et un fan d'aviation. Il a d'ailleurs créé une compagnie, Intreprid Aviation, où il a amassé une collection d'avions historiques. Il a plus tard décidé de vendre sa compagnie : elle avait commencé comme un simple loisir mais elle est devenue tellement célèbre qu'elle était trop commerciale pour lui.
Le 22 mai 2008, Gilmour a gagné le prix de contribution Ivor Novello 2008 Lifetime.
Plus tard, Q Awards lui a décerné un prix pour sa contribution exceptionnelle pour la musique. Il a consacré son prix à Richard Wright, décédé en 2008.