Тимоти Джон Бернерс-Ли родился 8 июня 1955 года в Лондоне. В 1976 году окончил Оксфорд со степенью бакалавра физики.
По окончании учебы работал в компании Plessey Telecommunications Ltd. С 1978 года трудился в D.G Nash Ltd, где занимался программами для принтеров. В 1980 году перешел на работу в Европейскую организацию по ядерным исследованиям (CERN) в Женеве (Швейцария), где создал программу Enquire (система обмена документами, заложившая концептуальную основу для всемирной паутины).
С 1981 по 1984 годы работал в компании Image Computer Systems Ltd. В 1984 году вернулся в CERN, получив там стипендию, и работал над системой FASTBUS (модульная быстродействующая система сбора данных).
12 марта 1989 года разослал коллегам предложение о создании распределенной системы гипертекстовых документов, хранящихся на связанных через сеть компьютерах. 12 ноября 1990 года вместе с коллегой из Франции Робертом Кайо представил готовый проект, впервые назвав его всемирной паутиной — World Wide Web — и предложив использовать для просмотра гипертекстовых документов специальное программное обеспечение — браузер.
Первый в мире веб-сайт появился 20 декабря того же года — это была страница info.cern.ch. Тим Бернерс-Ли описал на нем технологию World Wide Web, основанную на протоколе передачи гипертекста HTTP, системе адресации URL и языке гипертекстовой разметки HTML. 6 августа 1991 года технология стала доступна всем пользователям интернета. Для открытия веб-страниц Тим Бернерс-Ли создал первый в истории браузер — WorldWideWeb, позже переименованный в Nexus.
В 1994 году перешел на работу в Массачусетский технологический институт в США и основал и возглавил при нем Консорциум всемирной паутины, который утверждает стандарты для этой и других технологий, в том числе языка HTML. В 2009 году создал World Wide Web Foundation — фонд, занимающийся вопросами развития и доступности всемирной паутины.
За изобретение всемирной паутины удостоен звания рыцаря ордена Британской империи (2004). Награжден британским орденом Заслуг (2007) и другими наградами, лауреат российской «Премии Горбачева» (2011). Иностранный член многих академий наук.