Berners-Lee sinh ra tại Luân Đôn (Anh),[1] là con của Conway Berners-Lee và Mary Lee Woods. Cha mẹ ông là nhà toán học và cùng làm việc cho nhóm phát triển Ferranti Mark 1, một trong những máy tính được xây dựng cho mục đích thương mại đầu tiên. Họ dạy Berners-Lee sử dụng toán suốt ngày, ngay cả khi ăn bữa tối với gia đình. Berners-Lee học tại Trường tiểu học Sheen Mount trước khi học O-Levels và A-Levels từ 1969 tới 1973 tại Trường Emanuel ở Wandsworth, phía Tây London, ở thời điểm này là một trường dạy văn phạm bao cấp trực tiếp (direct grant grammar school), sau đó chuyển thành trường tư thục vào năm 1975.[3][15] Là một người có niềm yêu thích nhiệt tình với xe lửa (en:trainspotter) từ khi còn nhỏ, ông đã học về các thiết bị điện tử từ việc chỉnh sửa một mô hình đường sắt.[22] Ông đã học tại The Queen's College, Oxford, từ năm 1973 tới 1976, nơi ông nhận được bằng tú tài văn chương (bachelor of arts) hạng nhất về vật lý.[1][3]