Окончил 4-ю московскую гимназию с золотой медалью (1871), историко-филологический факультет Московского университета (1871—75). Оставлен для подготовки к профессорскому званию. Ученик профессора В.И. Герье. Магистр (1881), дисс. «Происхождение феодальных отношений в Лангобардской Италии». Приват-доцент (1881—83), экстраординарный профессор Московского университета (1884—89). В 1887 защитил здесь же докторскую дисс. (монографию) «Исследования по социальной истории Англии в средние века». В 1889—1901 ординарный профессор кафедры всеобщей истории Московского университета. Член-корреспондент Императорской академии наук в СПб. по разряду историко-политических наук Историко-филологического отделения с 5 декабря 1892. В 1897 гласный Московской городской думы. С 22 декабря 1903 профессор сравнительного правоведения Оксфордского университета (Великобритания). В 1908—11, сохраняя  профессорскую должность в Оксфорде, каждый осенний семестр читал лекции и проводил семинары в Московского университета в качестве сверхштатного ординарного профессора всеобщей истории. В 1911 после конфликта либеральной профессуры Московского университета с министром народного просвещения Л.А. Кассо навсегда покинул университет. Действительный член Императорской академии наук в СПб. по Историко-филологическому отделению (всеобщая история) с 18 января 1914. В начале 1917 удостоен звания рыцаря Англии (в дальнейшем — баронет и сэр). Открыто не принял революцию (1917) и покинул Россию. С 1918 британский подданный. В последние годы занимался главным образом историко-юридической проблематикой. В начале 1920-х тесно сотрудничал с политическими и общественными организациями российской эмиграции. Почетный доктор Оксфордского, Кембриджского, Гарвардского, Берлинского и др. университетов; почетный член Британской и Берлинской академий наук.

Похоронен в Холивэлл (Оксфорд). Надпись на его могиле гласит: «Благодарная Англия — чужестранцу» [«Hospitae Britanniae Gratus Advena»].

Отец: Гавриил Киприанович (1810—1885), педагог и общественный деятель. Мать: Елена Павловна (ур. Кобелева), дочь генерала. Жена: Луиза Станг. Дочь: Елена (р. 1898). Сын: Игорь (1901—1987), сотрудник Би-Би-Си.

Библ.: Материалы для библиографии русских научных трудов за рубежом (1920—1940) / Под ред. Е.В. Спекторского. Т. 1. Белград, 1931. № 85. С. 68; Малинов А.И. Павел Гаврилович Виноградов. СПб., 2005; Vinogradoff P. Collected Papers. L., 1927.

Соч.: Происхождение феодальных отношений в Лангобардской Италии. СПб., 1880; Исследования по социальной истории Англии в средние века. СПб., 1887; Средневековое поместье в Англии. СПб., 1911; Очерки теории права. М., 1915; Из писем П.Г. Виноградова / Публ. и прим. К.А. Майковой // Средние века. М., 1962. Вып. 22. С. 265—282; «Каждый обязан бороться на своем месте»: Письма П.Г. Виноградова к П.Б. Струве: 1902—1904 гг. / Публ. А.В. Антощенко // Исторический архив. 2000. № 5. С. 186—202; Неопубликованные страницы третьего тома «Очерков исторического правоведения» П.Г. Виноградова // Средние века. М., 2000. Вып. 61. С. 298; Письма академика П.Г. Виноградова И.В. Шкловскому (Дионео) / Подг. А.В. Антощенко // История и историки. 2001: Историографический вестник. М., 2001. С. 317—325; «Мы в созвездии политических волнений»: Письма П.Г. Виноградова В.И. Вернадскому: 1899—1904 / Публ. А.В. Антощенко // Исторический архив. 2002. № 2. С. 129—141; Россия на распутье: Историко-публицистические статьи. М., 2008; English Society in the XIth century. Oxford, 1908; Roman Law in Mediaeval Europe. L.; New York, 1909; Outlines of Historical Jurisprudence. Vol. 1—2. L., 1920—1922; Collect ed Papers. Vol. 1—2. Oxford, 1928.

Лит.: Петрушевский Д.М. Виноградов как социальный историк. Л., 1930; Могильницкий Б.Г. П.Г. Виноградов как историк исторической науки // История и историки: Историографический ежегодник. 1973. М., 1975. С. 214—231; Моисеенкова Л.С. К вопросу об исторических взглядах П.Г. Виноградова // Проблемы историографии и источниковедения истории СССР. Днепропетровск, 1979. С. 40—48; Она же, Об исследовательских принципах русского медиевиста П.Г. Виноградова // История и историки: Историографический ежегодник. 1981. М., 1985. С. 204—218; Она же, Слово о Павле Гавриловиче Виноградове (1854—1925) // История и историки. М., 1995. С. 213—229; Антощенко А.В. Московский ученый за рубежом: Гарвардская коллекция материалов архива академика П.Г. Виноградова // Археографический ежегодник за 1997 год. М., 1997. С. 289—299; Казнина О. Русские в Англии: Русская эмиграция в контексте русско-английских литературных связей в первой половине ХХ века. М., 1997. С. 87—89; Томсинов В.А. Павел Гаврилович Виноградов // Вестник Московского университета. Сер. 11, Право. 1997. № 1. С. 53—55; Российская Академия наук: Персональный состав. Кн. 1: 1724—1917. М., 1999. Кн. 1. С. 94, 173; Моисеенкова Л.С. Павел Гаврилович Виноградов // Портреты историков: Время и судьбы. Т. 2. М.; Иерусалим, 2000. С. 116—124; Антощенко А.В. Архивная коллекция академика П.Г. Виноградова в библиотеке Гарвардской школы права // Россика в США: Сборник статей / Под ред. А.В. Попова. М., 2001. С. 124—145; Он же, Революция и гражданская война VS. Целесообразность и социальная справедливость. (Об эволюции политических и научных взглядов академика П.Г. Виноградова) // Культурное и научное наследие российской эмиграции в Великобритании (1917—1940-е гг.). М., 2002. С. 170—206; Сухарев Ю.Н. Русская проблема и Лига Наций в публицистике П.Г. Виноградова 1918—1919 гг. // Зарубежная Россия: 1917—1939 гг.: Сборник статей. Кн. 2. СПб., 2003. С. 101—102; Малинов А.И. Павел Гаврилович Виноградов. СПб., 2005; Волков В. А., Куликова М. В., Логинов В. С. Московские профессора XVIII — начала ХХ веков: Гуманитарные и общественные науки. М., 2006. С. 50—51; Погодин С.Н. Павел Гаврилович Виноградов (1854—1925) // Новая и новейшая история. 2006. № 2. С. 174—197; Dictionary of National Biography. 1922—1930. Oxford, 1937; Раrker Ch. Paul Vinogradoff, the Delusions of Russian Liberalism, and the Development of Russian Studies in England // Slavonic and East European Review. 1991. Vol. 69. № 1. Р. 58—59.