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.