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  1953年出生在蘇聯遠東馬加丹州馬加丹。1970年畢業於阿納德爾高中。1971年進入莫斯科航空學院,1977年畢業於機械工程專業,1980年畢業於通訊工程專業,獲得計算機系統分析學位。從1977年4月起,他在飛機自動化設計系統部門實驗室擔任工程師,並於1978年5月至1983年8月擔任高階工程師,專門從事可回收航天器自動互動設計系統的開發,空氣動力學和計算機圖形學軟體開發。同時,他還在俄羅斯科學院生物醫學問題研究所參與實驗與測試。自1983年8月起,他在科羅廖夫能源火箭航天集團擔任工程師和專案負責人。

  1992年5月成為宇航員候選人。1992年10月至1994年2月參與加加林宇航員培訓中心基礎太空飛行訓練。在成功通過考驗後獲得測試宇航員資格。

  協調世界時1997年8月5日15時35分,聯盟TM-26發射升空,他作為飛行工程師,與指令長阿納託利·索洛維約夫一同前往和平號空間站。在任務期間,他一共進行了5次太空行走。聯盟TM-26任務共持續197天17小時34分。

  北京時間2006年3月30日上午10時30分,TMA-8載人飛船在哈薩克境內的拜科努爾發射場成功發射,前往國際空間站。12時19分,飛船與國際空間站曙光號功能貨艙完成了自動對接,3名宇航員在檢查了對介面的密封效能並確認安全後,於13時59分開啟曙光號艙門並陸續進入空間站。  北京時間2006年6月2日6時48分,他和威廉姆斯走出國際空間站,開始太空行走。整個行走過程共持續了6個半小時。  根據俄航天署與加拿大一高爾夫球公司簽署的協議,維諾格拉多夫原定於在太空行走時打上一杆高爾夫球。但美國國家航空航天局認為高爾夫球被擊到太空後,會對軌道上的衛星和國際空間站形成威脅,因此活動被迫取消。  協調世界時2006年9月29日1時13分,攜帶維諾格拉多夫等隊員的的聯盟號返回艙降落在哈薩克阿爾卡雷克附近。

  協調世界時2013年3月28日20時43分,聯盟-FG運載火箭攜聯盟TMA-08M載人飛船從哈薩克拜科努爾航天發射場發射升空,把維諾格拉多夫、米蘇爾金和卡西迪送往國際空間站。聯盟TMA-08M之前的載人飛船均採用的是兩晝夜的飛航模式,而這次飛行首次採用僅為6小時的“快速”飛航模式,因此他們是航天史上第一批乘坐“特快載人飛船”前往國際空間站的宇航員。  協調世界時2013年4月19日下午14時03分,他和羅曼·羅曼年科開啟艙門,進行了6小時38分鐘的太空行走任務。  2013年4月22日,他通過俄羅斯聯邦儲蓄銀行的線上交易系統繳納了自己的土地稅,成為世界上首位從太空繳稅的納稅人。  2013年9月11日,他和隊員乘坐聯盟-TMA08M飛船的返回艙安全返回地球。

  2007年2月,他在俄羅斯《勞動報》發表了以一篇題為《太空困局》的文章,回顧了俄羅斯載人航天史,批評了俄羅斯政府沒有制定面向21世紀的明確發展計劃和戰略目標,表達了對俄羅斯航天業瀕臨滅亡的憂慮。  2016年4月10日,他和安德烈·鮑裡先科參加了聖彼得堡紀念加加林太空飛行55週年慶祝活動,與市民們舉行了見面會。  2018年4月21日至25日,他以俄羅斯聯邦宇航員聯合會副主席和科羅廖夫能源火箭航天集團航天中心副主任的身份,與中國宇航員劉伯明出席了在哈爾濱工業大學舉辦的“2018阿斯圖中俄大學生微納衛星研習營”活動。4月24日參與了第二屆中國航天科技教育校長論壇。
帕維爾·弗拉基米羅維奇·維諾格拉多夫(,1953年-8月31日)是俄羅斯第87位宇航員,世界第360位宇航員。他曾於1997年、2006年和2013年三度飛往空間站,一共進行了7次太空行走。