Wilson oli selle plaadi taga olev loominguline jõud, töötades koos legendaarse stuudiomuusikute rühmitusega the Wrecking Crew. Kuigi «Pet Sounds» ei olnud esialgu suur müügihitt ja sai kriitikutelt jaheda vastuvõtu, lisati see 2004. aastal USA Kongressi Rahvusliku Salvestusregistri nimistusse kui kultuuriliselt, ajalooliselt ja esteetiliselt oluline teos.
Wilson kavandas järge nimega «Smile», mida ta ise nimetas «teismelise sümfooniaks Jumalale», kuid plaadi ilmumine jäi venima ja see tühistati. Pärast «Smile» hülgamist 1967. aastal taandus Wilsoni roll bändis märgatavalt. 1968. aastal läks ta psühhiaatriahaiglasse ravile. Samal ajal pidas ta lühikest aega tervisliku toidu poodi Radiant Radish. 1970. aastatel jätkas ta tööd Beach Boysiga, samal ajal võideldes narkootikumide ja alkoholisõltuvusega.
Pärast perekonna sekkumist, mis oli tingitud Wilsoni halvenevast vaimsest ja füüsilisest tervisest, sattus ta vastuolulise psühholoogi Eugene Landy hoole alla. Nende aastakümneid kestnud suhe ja ravi sai hiljem biograafilise filmi «Love & Mercy» teemaks. Beach Boys koges lühiajalist populaarsuse tõusu pärast 1977. aasta albumit «Love You», kuid Wilsoni terviseprobleemid süvenesid.
1982. aastal eemaldas Landy ta bändist intensiivravi jaoks ning hakkas üha enam kontrollima tema loomingut ja rahalisi otsuseid, mille tulemusel ilmus Wilsoni esimene sooloalbum 1988. aastal. 1992. aastal kaotas Landy pärast Carl Wilsoni ja teiste perekonnaliikmete kohtuhagi oma psühholoogilitsentsi ning sai Brian Wilsoni suhtes lähenemiskeelu.
Wilson pöördus lõpuks tagasi «Smile» juurde, koostades arhiivimaterjalidest koos Darian Sahanajaga uue versiooni, mis jõudis lavale kontsertvormis. 2004. aastal ilmus album «Brian Wilson Presents Smile», mis pälvis kriitikutelt kiitust. Järgnenud kümnendil andis ta välja mitmeid sooloplaate. Tema viimane album «No Pier Pressure» ilmus 2015. aastal ja sellel tegid kaasa Kacey Musgraves ja Zooey Deschanel.
2016. aastal avaldas Wilson mälestusteraamatu ja aasta hiljem tuli välja varem ilmumata 1990. aastatel salvestatud laul «Some Sweet Day» ning uus singel «Run James Run».
Wilson ja Beach Boys võeti Rock’n’Rolli Kuulsuste Halli liikmeks 1988. aastal. Wilson võitis oma karjääri jooksul kaks Grammy auhinda (üheksast nominatsioonist), ning Beach Boys pälvis 2001. aastal Grammy elutööauhinna.