Se describen el programa de física y el diseño de un nuevo colisionador para la física nuclear y de partículas, el Gran Colisionador Hadrón-Electrón (LHeC), en el cual un haz de electrones de nueva construcción con una energía de 60 GeV, y posiblemente de hasta 140 GeV, colisiona con los intensos haces de hadrones del LHC. En comparación con el primer colisionador ep, HERA, el rango cinemático cubierto se amplía en un factor de veinte en el cuadrimomento al cuadrado negativo, Q2, y en el inverso de la x de Bjorken, mientras que con la luminosidad de diseño de 1033 cm-2 s-1 se proyecta que el LHeC supere la luminosidad integrada de HERA en dos órdenes de magnitud. El programa de física está dedicado a la exploración de la frontera de la energía, complementando el LHC y su potencial de descubrimiento de física más allá del Modelo Estándar con mediciones de dispersión inelástica profunda de alta precisión. Estas están diseñadas para investigar diversas cuestiones fundamentales en las interacciones fuertes y electrodébiles. El LHeC continúa así la trayectoria de la dispersión inelástica profunda (DIS) hacia áreas desconocidas de la física y la cinemática. El programa de física también incluye la dispersión electrón-deuterón y electrón-ión en un rango de (Q21/x) ampliado en cuatro órdenes de magnitud en comparación con experimentos previos de DIS leptón-núcleo para investigaciones novedosas sobre la estructura del neutrón y la estructura nuclear, las condiciones iniciales de la formación del plasma de quarks y gluones y otros fenómenos de la cromodinámica cuántica. El LHeC puede materializarse ya sea como un colisionador anillo-anillo o linac-anillo. Se presentan estudios de óptica y dinámica de haces para ambas versiones, junto con consideraciones de diseño técnico sobre la región de interacción, imanes (incluidos nuevos prototipos de dipolos), criogenia, RF y otros componentes. Asimismo, se presenta un estudio de diseño de un detector adecuado para llevar a cabo mediciones de DIS de alta precisión en un amplio rango de aceptación utilizando tecnología de detectores de vanguardia, el cual es modular y de dimensiones reducidas, lo que permite su rápida instalación. El detector incluye dispositivos de etiquetado para la detección de electrones, fotones, protones y neutrones cerca del tubo del haz. Se presentan estudios de ingeniería civil y de instalación para el acelerador y el detector. El LHeC puede construirse en el plazo de una década y, por lo tanto, operar mientras el LHC funcione en su fase de alta luminosidad. Representa así una gran oportunidad para el avance de la física de partículas, aprovechando la inversión realizada en el LHC.