Сергей Арсеньевич Виноградов родился 13 июля 1869 г. в селе Большие Соли Костромской губернии в семье сельского священника. Учился в Московском училище живописи, ваяния и зодчества (1880 – 1889 г.г.) у И.М. Пряшникова, В.Е. Маковского, В.Д. Поленова, в Петербургской Академии художеств (1889 г.) у Б.П. Виллевальде, К.Б. Венига.
Особенно повлиял на его манеру письма В.Д. Поленов, занятия с которым позволили Виноградову найти в пейзаже собственную тему – пленэр с эффектами, как правило, закатного освещения. После ранних, по преимуществу жанровых картин, в 1900 – 1910-е годы художник сосредоточился на пейзаже в духе импрессионизма. В 1889 году он получил звание классного художника, с 1912 - академика, с 1916 - действительного члена Академии художеств. Преподавал в Строгановском художественно-промышленном училище в Москве; в Харькове и Риге.
Работы этого одного из талантливейших и благополучнейших по судьбе русских художников, находящиеся в Саратовском государственном художественном музее имени А.Н.Радищева относятся к периоду его работы в объединении «Союз русских художников», в создании которого он принял значительное участие в 1903 г. Художников «Союза» объединяла ориентация на достижения живописи В.Д. Поленова и И.И. Левитана. Их сплачивала не только близость тематики, - виды старинных русских городов, деревень, усадеб, домов - но также известное единство живописной системы. Их импрессионизм носил преимущественно национально-самобытный характер.
Культивируя достижения пленэра, запечатлевая изменчивость жизни природы с возможной точностью, активизируя выразительность манеры, цвета, фактурных особенностей, они остались верными лирико-поэтической струе, преобладающей в русском пейзаже второй половины XIX века.
В 1898-1913 годах Виноградов преподавал в Строгановском художественно-промышленном училище в Москве, кроме того он также занимался преподавательской деятельностью в Харькове и Риге. В 1912 году был удостоен звания академика. Виноградов в 1916 стал действительным членом Академии художеств. Картины художника демонстрировались на выставках в Дюссельдорфе, Париже, Берлине, Мюнхене, Праге, Нью-Йорке, Риге. Автор пленэрных лирических пейзажей, интерьеров, портретов, картин из крестьянской жизни.
В 1914-1917 Виноградов создавал патриотические плакаты на тему Первой мировой войны. В 1923 году художник эмигрировал из Советской России, жил в Латвии. Виноградов Сергей Арсеньевич умер 5 февраля 1938 года в Риге.