В центре научных интересов П. Г. Виноградова находились проблемы происхождения и развития западноевропейского феодализма, правовая и социальная история Средневековья и др. В магистерской диссертации «Происхождение феодальных отношений в лангобардской Италии» (1880) он показал механизм образования крупной земельной собственности и возникновения феодализма в Италии с учетом германского и романского элементов. В дальнейшем он обратился к истории средневековой Англии (докторская диссертация — «Исследования по социальной истории Англии в Средние века», 1887), к проблемам происхождения английского феодализма, к исследованию истории английского поместья. Важное значение имела публикация П. Г. Виноградовым многочисленных документов по аграрной истории Англии из английских архивов. По признанию английских историков, он открыл им их собственную историю.