Năm 1976, ông làm lập trình viên cho hãng Plessey Controls Limited tại Poole (hồi đó sản xuất đèn giao thông).[1] Ông gặp vợ thứ nhất, Jane, khi đang đi học Oxford, và ông cưới Jane sau khi họ bắt đầu làm việc cùng hãng. Năm 1978, ông làm cho D.G. Nash Limited (cũng ở Poole), ở đấy ông phát triển phần mềm sắp chữ và hệ điều hành.[1]

Vào lúc làm nhân viên hợp đồng độc lập ở CERN, từ tháng 6 đến tháng 12 năm 1980, Berners-Lee đề nghị một dự án dựa trên khái niệm siêu văn bản (hypertext), để các nhà nghiên cứu chia sẻ và cập nhật thông tin dễ hơn.[23] Ở đấy, ông xây dựng hệ thống mẫu có tên ENQUIRE.[24]

Sau khi ông rời CERN năm 1980 để làm việc cho Image Computer Systems Ltd. của John Poole,[25] ông trở lại năm 1984 như hội viên. Năm 1989, CERN còn là nút Internet lớn nhất ở châu Âu, và Berners-Lee thấy cơ hội nối siêu văn bản với Internet: "Tôi chỉ cần lấy khái niệm siêu văn bản và nối nó với các khái niệm TCP và DNS và — đấy! — có World Wide Web."[26] Ông viết bài đề nghị đầu tiên vào tháng 3 năm 1989, và vào năm 1990, do Robert Cailliau giúp đỡ, ông viết phiên bản mới được quản đốc Mike Sendall tán thành. Ông sử dụng những khái niệm giống của hệ thống ENQUIRE để tạo ra World Wide Web; để hỗ trợ nó, ông phát triển trình duyệt / trình soạn Web chạy trên NEXTSTEP (có tên WorldWideWeb) và trình phục vụ Web đầu tiên có tên httpd (viết tắt của HyperText Transfer Protocol daemon).

Website đầu tiên được xây tại địa chỉ http://info.cern.ch/[27][28] và được phát hành ngày 6 tháng 8 năm 1991. Nó giải thích World Wide Web là cái gì, cách tìm trình duyệt, và cách thiết lập trình phục vụ Web. Nó cũng là danh bạ Web đầu tiên, vì Berners-Lee duy trì một danh sách về những website khác.

Năm 1994, Berners-Lee thành lập World Wide Web Consortium (W3C) tại Học viện Kỹ thuật Massachusetts (MIT). Nó bao gồm nhiều công ty muốn đặt tiêu chuẩn để cải tiến chất lượng của Web. Tháng 12 năm 2004, ông nhận ghế Chủ tịch khóa Khoa học máy tính của Trường Điện tử học và Khoa học máy tính ở Đại học Southampton (Anh), ở đấy ông sẽ làm dự án mới – Semantic Web (Web ngữ nghĩa).[29][30]

Berners-Lee phát hành những khái niệm ông cởi mở, không bắt phải mua giấy phép để sử dụng. W3C quyết định rằng các tiêu chuẩn của nó phải dựa trên công nghệ miễn phí, để cho mọi người có thể tiến hành các khái niệm đó.[31]