Родился 7 августа 1908 года в деревне Шарапово ныне Мытищинского района Московской области (Россия) в семье служащего.

В Красной Армии с 1930 года. В 1934 году окончил военно-авиационную школу летчиков. Участник советско-финляндской войны 1939-40 годов.

Военком эскадрильи 85-го авиационного полка (Северо-Западный фронт) капитан Леонид Виноградов совершил 34 боевых вылета, из них 16 ночью в сложных метеоусловиях, нанес противнику большой урон в живой силе и технике.

Указом Президиума Верховного Совета СССР от 7 апреля 1940 года за мужество и героизм, проявленные в боях с белофиннами, Виноградову Леониду Васильевичу присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали "Золотая Звезда" (№ 440).

Участник Великой Отечественной войны. В 1949 году окончил Военную академию Генерального штаба. Служил в ВВС СССР, затем, с 1953 года - в системе Гражданской обороны СССР.

С 1966 года генерал-лейтенант авиации Виноградов Л.В. - в отставке. Жил в Москве.

Скончался 15 сентября 1986 года. Похоронен в Москве на Кунцевском кладбище.

Награжден двумя орденами Ленина, двумя орденами Красного Знамени, двумя орденами Отечественной войны 1-й степени, орденом Отечественной войны 2-й степени, тремя орденами Красной Звезды, медалями.