Douglas Engelbart entwickelte seine Konzepte mit Unterstützung der US-Luftwaffe von 1959 bis 1960 und veröffentlichte 1962 ein Rahmenwerk. Das seltsame Akronym NLS (statt OLS) war ein Artefakt der Entwicklung des Systems. Seine ersten Computer waren nicht in der Lage, mehr als einen Benutzer gleichzeitig zu unterstützen. 1963 kam der CDC 160A auf den Markt, der selbst nur über sehr wenig Programmierleistung verfügte.
Als Überbrückungsmaßnahme entwickelte das Team ein System, bei dem Offline-Benutzer – d.h. alle, die nicht an dem einen zur Verfügung stehenden Terminal saßen – ihre Dokumente dennoch bearbeiten konnten, indem sie mit einem Flexowriter eine Reihe von Befehlen auf Papierband eintippten. Sobald das Band vollständig war, fütterte ein Offline-Benutzer den Computer mit dem Papierband, auf dem der letzte Entwurf des Dokuments gespeichert war, gefolgt von den neuen Befehlen, die angewendet werden sollten, und dann druckte der Computer ein neues Papierband mit der neuesten Version des Dokuments aus. Ohne interaktive Visualisierung konnte dies umständlich sein, da der Benutzer die kumulativen Auswirkungen seiner Befehle auf den Text des Dokuments mental simulieren musste. Andererseits entsprach dies dem Arbeitsablauf im Büro der 1960er Jahre, als Manager den Sekretärinnen markierte Ausdrucke von Dokumenten übergaben.
Das Design unterstützte weiterhin diesen „Offline“-Arbeitsablauf sowie eine interaktive „Online“-Funktion zur Bearbeitung der gleichen Dokumente. Um zwei Akronyme zu vermeiden, die mit demselben Buchstaben beginnen, wurde das Off-Line Text System mit FLTS abgekürzt, während das On-Line Text System mit NLTS abgekürzt wurde. Als sich das System weiterentwickelte und mehr als nur Text unterstützte, wurde das „T“ gestrichen, und die interaktive Version wurde als NLS bekannt.
Robert Taylor, der einen Hintergrund in Psychologie hatte, leistete Unterstützung von der NASA. Als Taylor zum Information Processing Techniques Office der Advanced Research Projects Agency des US-Verteidigungsministeriums wechselte, konnte er dem Projekt noch mehr Mittel zur Verfügung stellen. 1965 wurde die Entwicklung von NLS auf einen CDC 3100 verlagert. 1966 kam Jeff Rulifson zum SRI und wurde der leitende Programmierer für NLS, bis er 1973 das Unternehmen verließ.
Die Entwicklung von NLS wurde 1968 auf einen Computer des Typs Scientific Data Systems SDS 940 verlagert, auf dem das Berkeley Timesharing System lief, das über eine Speicherplatte von etwa 96 MB verfügte. Er konnte bis zu 16 Workstations unterstützen, die aus einem Raster-Scan-Monitor, einer Drei-Tasten-Maus und einem so genannten Akkord-Tastensatz bestanden. Die Eingabe des getippten Textes wurde von der Tastatur an ein spezielles Subsystem gesendet, das die Informationen über einen Bus an einen von zwei Display-Controllern und Display-Generatoren weiterleitete. Der eingegebene Text wurde dann an eine 5-Zoll (127 mm) Kathodenstrahlröhre (CRT) gesendet, die von einer speziellen Abdeckung umgeben war, und ein überlagertes Videobild wurde dann von einer professionellen Schwarz-Weiß-Fernsehkamera empfangen. Die Informationen der TV-Kamera wurden dann an das Steuerungs- und Patch-Panel der Closed-Circuit-Kamera gesendet und schließlich auf dem Videomonitor jedes Arbeitsplatzes angezeigt.
NLS wurde von Engelbart am 9. Dezember 1968 auf der diesjährigen Fall Joint Computer Conference in San Francisco einem großen Publikum vorgeführt. Diese Vorführung wurde seitdem als „Mutter aller Demos“ bezeichnet, da sie nicht nur die bahnbrechenden Funktionen von NLS demonstrierte, sondern auch einige bemerkenswerte hochmoderne Videotechnologien zusammenstellte. Engelbarts Tastatur und Maus auf der Bühne waren über ein selbstgebautes Modem mit 2400 Baud über eine Standleitung mit dem SDS 940-Computer von ARC in Menlo Park, 48 km südöstlich von San Francisco, verbunden, und zwei Mikrowellenverbindungen übertrugen das Video von Menlo Park zurück zu einem riesigen Eidophor-Videoprojektor, der vom NASA Ames Research Center geliehen wurde. Auf einem 6,7 m (22 Fuß) hohen Bildschirm mit Videoeinblendungen konnten die Zuschauer Engelbarts Aktionen auf seinem Bildschirm verfolgen, beobachten, wie er die Maus benutzte, und zusehen, wie Mitglieder seines Teams in Menlo Park an der Präsentation teilnahmen.
Eine der revolutionärsten Funktionen von NLS, das Journal, wurde 1970 vom australischen Computeringenieur David A. Evans im Rahmen seiner Doktorarbeit entwickelt. Das Journal war ein primitives, hypertextbasiertes Groupware-Programm, das als Vorläufer (wenn nicht gar als direkter Vorfahre) aller heutigen Server-Software angesehen werden kann, die die gemeinsame Erstellung von Dokumenten (wie Wikis) unterstützt. Das Journal wurde verwendet, um Dokumente für das Network Information Center und frühe Netzwerk-E-Mail-Archive zu speichern. Die meisten Journal-Dokumente sind in Papierform erhalten geblieben und werden in den Archiven der Stanford University aufbewahrt; sie sind eine wertvolle Aufzeichnung der Entwicklung der ARC-Community von 1970 bis zum Beginn der Kommerzialisierung im Jahr 1976. Ein weiterer Satz von Journal-Dokumenten befindet sich im Computer History Museum, zusammen mit einer großen Sammlung von ARC-Backup-Bändern aus den frühen 1970er Jahren sowie einigen der Bänder aus den 1960er Jahren aus dem SDS 940.
Das NLS wurde mit Hilfe mehrerer domänenspezifischer Sprachen implementiert, die mit dem Tree Meta Compiler-Compiler implementiert wurden. Die letztendliche Implementierungssprache wurde L10 genannt.
Im Jahr 1970 wurde NLS auf den PDP-10-Computer portiert (der von BBN modifiziert wurde, um das TENEX-Betriebssystem auszuführen). Mitte 1971 wurde die TENEX-Implementierung von NLS als neues Network Information Center in Betrieb genommen, aber auch dieser Computer konnte nur eine kleine Anzahl von gleichzeitigen Nutzern bedienen. Der Zugang war entweder über speziell angefertigte Bildschirmarbeitsplätze oder über einfache, schreibmaschinenähnliche Terminals möglich, die damals billiger und üblicher waren. 1974 wurde das NIC in ein separates Projekt mit einem eigenen Computer ausgegliedert.