ดูบทความหลัก เวิลด์ไวด์เว็บ

ขณะที่เป็นลูกจ้างอิสระอยู่ที่ "เซิร์น" ระหว่างเดือนมิถุนายน - ธันวาคม พ.ศ. 2523 เบอร์เนิร์ส-ลีได้เสนอโครงการหนึ่งที่ใช้แนวคิด "ข้อความหลายมิติ" หรือ hypertext มาใช้สำหรับการแลกเปลี่ยนและปรับสมัยข้อมูลระหว่างนักวิจัยด้วยกัน ขณะที่เบอร์เนิร์ส-ลีทำงานอยู่ที่นี่เขาได้สร้างระบบต้นแบบไว้แล้วเรียกชื่อว่า ENQUIRE หลังจากออกจากเซิร์นเมื่อ พ.ศ. 2523 เบอร์เนิร์ส-ลีไปร่วมงานกับบริษัท "อิมเมจคอมพิวเตอร์ซิสเต็ม" ของจอห์น พุล เบอร์เนิร์ส-ลีได้กลับมาทำงานที่เซิร์นอีกครั้งหนึ่งเมื่อ พ.ศ. 2527 ในตำแหน่งสิกขบัณฑิต (Fellow) เมื่อถึง พ.ศ. 2532 เซิร์นได้กลายเป็นศุนย์อินเทอร์เน็ตที่ใหญ่ที่สุดในยุโรป และเบอร์เนิร์ส-ลีได้เล็งเห็นโอกาสในการใช้ "ข้อความหลายมิติ" ผนวกเข้ากับอินเทอร์เน็ต เบอร์เนิร์ส-ลีเขียนไว้ในข้อเสนอโครงการของเขาว่า "...ผมเพียงเอาความคิดเรื่องข้อความหลายมิตินี้เขื่อมต่อเข้ากับความคิด "ทีซีพี" และ "DNS" และเท่านั้นก็จะได้ "เวิลด์ไวด์เว็บ.." เบอร์เนิร์ส-ลีร่างข้อเสนอของเขาเมื่อเดือนมีนาคม พ.ศ. 2532 และในปี พ.ศ. 2533 ด้วยความช่วยเหลือของโรเบิร์ต ไคลิยู ช่วยปรับร่างโครงการให้ ไมค์ เซนดอลล์ผู้จัดการของเบอร์เนิร์ส-ลีจึงรับข้อเสนอของเขา ในข้อเสนอนี้ เบอร์เนิร์ส-ลีได้ใช้ความคิดเดียวกับระบบเอ็นไควร์มาใช้สร้างเวิลด์ไวด์เว็บ ซึ่งเขาได้ออกแบบและสร้างเว็บเบราว์เซอร์และเอดิเตอร์ตัวแรกของโลกชื่อว่า WorldWideWeb บนระบบปฏิบัติการ NEXTSTEP ของสตีฟ จอบส์ และสร้างเว็บเซิร์ฟเวอร์ขึ้น เรียกว่า httpd (ย่อมาจาก HyperText Transfer Protocal Deamon)

เว็บไซต์แรกสุดสร้างขึ้นที่เซิร์น นำขึ้นออนไลน์เมื่อวันที่ 6 สิงหาคม พ.ศ. 2534 ให้คำอธิบายว่าเวิลด์ไวด์เว็บคืออะไร การที่จะเป็นเจ้าของเบราว์เซอร์ทำได้อย่างไรและจะติดตั้งเว็บเซิร์ฟเวอร์ได้อย่างไร นอกจากนี้ยังนับเป็นเว็บไดเร็กทอรีอันแรกของโลกด้วยเนื่องจากเบอร์เนิร์ส-ลีดูแลรายชื่อของเว็บไซต์อื่น ๆ ทั้งหมด นอกจากของตนเองด้วย

ในปี พ.ศ. 2537 เบอร์เนิร์ส-ลีได้ก่อตั้งกลุ่มบริษัทเวิลด์ไวด์เว็บ (W3C) ขึ้นที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ หรือเอ็มไอที ประกอบด้วยบริษัทหลายบริษัทที่ยินยอมพร้อมใจมาร่วมสร้างมาตรฐานและข้อเสนอแนะสำหรับใช้เป็นหลักในการปรับปรุงคุณภาพของเว็บ ในเดือน ธันวาคม พ.ศ. 2547 เบอร์เนิร์ส-ลียอมรับตำแหน่งประธานสาขาวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ที่คณะอีเล็กทรอนิกส์และวิยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ของมหาวิทยาลัยเซาท์แธมตัน สหราชอาณาจักรเพื่อดำเนินโครงการใหม่ นั่นคือ "ซีแมนติกเว็บ" (Semantic Web)

เบอร์เนิร์ส-ลีเปิดเผยให้ความคิดแก่ทุกคนและทุกองค์กรโดยไม่คิดมูลค่า เขาไม่เคยจดทะเบียนลิขสิทธิ์การค้นคิดของเขาเลย รวมทั้งไม่เรียกค่าตอบแทนหรือรางวัลอื่นใดจากใคร นอกจากเงินเดือนปกติ ดังนั้น กลุ่มบริษัทเวิลด์ไวด์เว็บจึงตัดสินใจไม่คิดมูลค่าใด ๆ จากการนำมาตรฐานของกลุ่มบริษัทไปใช้ ทั้งนี้เพื่อให้ผู้ประกอบการทุกรายยอมรับมาตรฐานเดียวกันได้บนพื้นฐานทางเทคโนโลยี ไม่ใช่พื้นฐานค่าสิขสิทธิ์ถูกหรือแพง