А. К. Виноградов родился 28 марта (9 апреля) 1888 год в селе Полотняный Завод (ныне Калужской области) в семье учителя. В 1912 году окончил историко-филологический факультет Императорского Московского университета. В студенческие годы трижды встречался в Ясной Поляне с Львом Толстым.

Словесностью начал заниматься как исследователь и переводчик, прежде всего — французской литературы. Стоял у истоков Русского общества друзей книги. Начиная с 1923 года публиковал исторические романы и повести, которые выходили с предисловиями А. М. Горького и часто переиздавались после смерти автора.

В возрасте 45 лет поступил в Ейскую авиационную школу, по окончании которой получил звание лётчика-наблюдателя, а затем штурмана АДД. Писатель принимал участие в авиационных парадах 1930-х годов в составе экипажа флагманского корабля. В 1942—1943 годах в качестве корреспондента газеты «Красный сокол» неоднократно участвовал в боевых вылетах в тыл врага, о чём рассказывал в своих очерках и статьях. Занимал должности штурмана Западной особой авиагруппы Гражданского воздушного флота (ГВФ) — с 10.11.1942 120-го отдельного гвардейского авиационного полка ГВФ, помощника начальника отдела изучения опыта боевых действий штаба АДД, старшего помощника начальника 2-го отдела оперативного управления штаба ВВС Красной Армии.

Похоронен в Москве на Ваганьковском кладбище (участок № 43) рядом с матерью, сестрой и дочерью.

Дом в Тарусе

В Тарусе сохранился дом (улица Каляева, д. 20), возведённый ещё в 1890 году отцом Виноградова. Анатолий Корнелиевич жил и работал здесь в разное время (мемориальная доска). В 1958 году дом у сестры А. К. Виноградова приобрёл писатель Н. В. Богданов (мемориальная доска).