W 1989 wystąpił z propozycją ogólnoświatowego projektu opartego na hipertekście, nazwanego World Wide Web. Przygotowywane narzędzie miało umożliwić naukowcom publikację wyników badań bez konieczności ciągłej wymiany maili. Opublikowane wyniki można było pobrać w dowolnej porze. W tym samym roku napisał serwer , aplikację kliencką WorldWideWeb, edytor hipertekstu i przeglądarkę WYSIWYG, działającą w środowisku NeXTStep. W październiku 1990 roku rozpoczął pracę nad programem WorldWideWeb. Program został udostępniony CERN w grudniu tego samego roku, a w Internecie latem 1991 roku. 6 sierpnia 1991 roku uruchomił pierwszą stronę internetową – info.cern.ch.
Do 1993 zajmował się nadal tworzeniem sieci, koordynując pracę wielu użytkowników Internetu. Jego pierwotne specyfikacje URI, HTTP oraz HTML zostały po dyskusjach użytkowników udoskonalone.
1 października 1994 powołał do życia Organizację W3C w Laboratorium Informatyki w Massachusetts Institute of Technology. W 1999 roku wydał książkę Weaving the Web, przedstawiającej początki i przyszłość sieci internetowej.