Родился 22 октября 1925 в Брянске в семье военного М.Н.Перегудова; взял фамилию матери. После окончания 9-го класса был призван в армию. Окончил артиллерийское училище, в неполных 18 лет стал командиром взвода. Печатался с 1948; в 1951 окончил Литературный институт им. А.М.Горького, тогда же вышла первая его книга "Стихи о долге", в 1956 – сборники "Синева", вызвавший одобрение Б.Л.Пастернака, и "Военная лирика", за которыми последовали сборники "Признанья" (1958), "Лицо человеческое" (1960), "Слово" (1962), "Музыка" (1967), "Характеры" (1965), "Ритм" (1966), "Зрелища" (1968), "Жест" (1969), "Метафоры" (1972), "В силу вещей" (1973), "Сережка с Малой Бронной" (1974), названием для которого послужило созданное в 1953 одноименное стихотворение о московских мальчиках, не вернувшихся с фронта, и их матерях, угасающих в пустых квартирах, – одно из самых популярных в отечественной военной лирике 20 в., положенное в 1958 на музыку А.Я.Эшпаем; "Контрасты" (1975), "Дом и мир" (1977), "Жребий" (1978), "Благоговение" (1981), "Бытие" (1982), "Космогония", "Ипостась" (оба 1984, Государственная премия СССР, 1987), "Участь" (1987), "Равноденствие" (1989).

В русле своей основной темы – духовное возмужание человека, «песчинки» и творца одновременно, в ходе неоднозначного и бурного исторического процесса, – поэт, отличаясь приверженностью к точной бытовой детали, мягким юмором и лиризмом, в четком и ясном стихотворном повествовании стремится прежде всего найти суть, логику и даже красоту происходящего за внешней, скупой, будничной или даже травмирующей, явленностью бытия. Нравственный максимализм, тяга к философскому обобщению и одновременно к постижению психологических глубин приводит Винокурова к заключению, что жизнь человека – это «вечное усилие подняться над самим собой». В многочисленных статьях о литературном творчестве (сборники "Поэзия и мысль", 1966, где, в духе научно-технической эйфории 1960-х годов, прокламируется тождество поэтического и научного мышления; "Остается в силе: О классике и современности", 1979, существенно корректирующий рационализм предшествующего постулата и др.). Автор повести "По законам военного времени" (1980, совм. с Н.Арсеньевым), переводов.

Умер Винокуров в Москве 23 января 1993.