В 1989 году, работая в CERN, Бернерс-Ли предложил проект, известный как Всемирная паутина (англ. World Wide Web). Проект подразумевал публикацию гипертекстовых документов, связанных между собой гиперссылками, что облегчило бы поиск и консолидацию информации. Проект Паутины был предназначен для учёных CERN и первоначально использовался во внутренней сети CERN. Для осуществления проекта Тимом Бернерсом-Ли (совместно с его помощниками) были изобретены идентификаторы URI (и, как частный случай, URL), протокол HTTP и язык HTML. Эти технологии легли в основу современной Всемирной паутины. В период с 1991 по 1993 год Бернерс-Ли усовершенствовал технические спецификации стандартов и опубликовал их.

В рамках проекта Бернерс-Ли написал первый в мире веб-сервер «httpd» и первый в мире гипертекстовый веб-браузер, называвшийся «WorldWideWeb». Этот браузер был одновременно и WYSIWYG-редактором (англ. WYSIWYG от What You See Is What You Get, «что видишь, то и получишь»), его разработка была начата в октябре 1990 года, а закончена в декабре того же года. Программа работала в среде «NeXTStep» и начала распространяться по Интернету летом 1991 года.

Первый в мире веб-сайт Бернерс-Ли создал по адресу http://info.cern.ch/, теперь сайт хранится в архиве. Этот сайт появился он-лайн в Интернете 6 августа 1991 года. На этом сайте описывалось что такое Всемирная паутина, как установить веб-сервер, как заполучить браузер и т. п. Этот сайт также являлся первым в мире интернет-каталогом, потому что позже Тим Бернерс-Ли разместил и поддерживал там список ссылок на другие сайты.

Книга Бернерса-Ли «Плетя паутину: истоки и будущее Всемирной паутины»

Главный литературный труд Бернерса-Ли — это книга «Плетя паутину: истоки и будущее Всемирной паутины» (англ. «Weaving the Web: Origins and Future of the World Wide Web», Texere Publishing, 1999, ISBN 0-7528-2090-7). В этой книге он рассказывает о процессе создания Паутины, её концепции и своём видении развития Интернета.


Ещё одна книга Бернерса-Ли называется «Прядя семантическую паутину: полное раскрытие потенциала Всемирной паутины» (англ. «Spinning the Semantic Web: Bringing the World Wide Web to Its Full Potential», The MIT Press, 2005, ISBN 0-262-56212-X). В этой книге он раскрывает концепцию семантической паутины, в которой он видит будущее Интернета.

Семантическая паутина — это надстройка над существующей Всемирной паутиной, которая призвана сделать размещённую в сети информацию более понятной для компьютеров. При этом каждый ресурс на человеческом языке был бы снабжён описанием, понятным компьютеру. Семантическая паутина открывает доступ к чётко структурированной информации для любых приложений, независимо от платформы и независимо от языков программирования. Программы смогут сами находить нужные ресурсы, классифицировать данные, выявлять логические связи, делать выводы и даже принимать решения на основе этих выводов. При широком распространении и грамотном внедрении семантическая паутина может вызвать революцию в Интернете.