Родился 1 (13) июля 1869 года в селе Большие Соли Костромской губернии (ныне посёлок городского типа Некрасовское Ярославской области).
В 1880—1889 годах окончил Московское училище живописи, ваяния и зодчества, классы Е. С. Сорокина, В. Е. Маковского, В. Д. Поленова, И. М. Прянишникова. В 1888 году получил звание классного художника. В 1889 году учился в Академии художеств у Б. П. Виллевальде и К. Б. Венига, становится членом Товарищества передвижных художественных выставок.
В конце 1880-х — начале 1890-х годов он служил преподавателем в Училище изящных искусств художника-архитектора А. О. Гунста. В 1898—1913 годах преподавал в Строгановском училище.
Творчество Виноградова характерно для основного ядра Союза русских художников, одним из основателей которого он был (1903).
В 1912 году становится академиком Академии художеств. С 1916 года действительный член Академии художеств.
Писал жанровые картины, портреты, интерьеры, пейзажи. В конце 1890-х годов в картинах на крестьянскую тему много солнца, позже проявляется попытка ухода от стиля передвижников, работы 1910-х годов содержат моменты импрессионизма, пейзажи пишутся в декоративно-пленэрной манере. В 1914—1917 годах работал в открытке военной тематики.
Наиболее интересные работы выполнены в период активной деятельности в «Союзе русских художников».