Переулок проходит от улицы Восстания до стыка Парадной улицы и Греческого проспекта.

До этого с конца XVIII века в течение шестидесяти лет у будущего Виленского переулка не было устойчивого названия. Все употреблявшиеся имена так или иначе были связаны с госпиталем расквартированного в этой части города лейб-гвардии Преображенского полка. Первое название, появившееся на карте в 1798 году, – Гофшпитальный переулок. А затем – Госпитальный, Гошпитальный, Преображенская Госпитальная улица, Преображенский Гошпитальный переулок и другие. К середине XIX века название упростилось до 1-го Госпитального переулка. Единичка перед топонимом предназначалась, чтобы отличать переулок от другого Госпитального в Семенцах (ныне это Дойников переулок).

Первоначально переулок заканчивался у нынешней улицы Радищева, тогда тоже именовавшейся Госпитальной. В 1825 году его продлили до Конногвардейской улицы (современный Суворовский проспект). Когда в целях упорядочения названий половина переулка, находившаяся в Литейной части, получила название Виленского, вторая половина, попавшая в Рождественскую часть, осталась Госпитальным. Позже она стала Госпитальной улицей и остается ею и поныне.

Название Виленский переулок было присвоено 7 марта 1858 года по городу Вильно, как в середине XIX века именовался нынешний Вильнюс – столица Литвы. 29 сентября 1922 года переулку повысили статус и назвали улицей Красной Связи. В это время в конце переулка, в доме № 8 по Парадной улице, находились казармы подразделений военных связистов. Поскольку в молодой Советской республике буквально все должно было быть красным, в революционном смысле этого определения, то и улица получила соответствующее название.

Это название оказалось неудобным в употреблении, оно не стало исторически ценным и обоснованным, поэтому 13 января 1998 года оно было отменено. Вместо улицы Красной Связи вновь появился Виленский переулок.

Дом № 3 – дом Романова, доходный дом начала XX века

Дом № 4 – дом Обуховой, особняк конца XIX века

Дом № 5 – дом Рянгина, доходный дом конца XIX века

До 1988 года проезд, который отходит от Загородного проспекта и идет параллельно Подъездному переулку и Витебской железнодорожной линии, оставался безымянным.

С наименованиями ему вообще со времени его возникновения не везло. На карте 1798 года он обозначен как 6-я улица, в соответствии с применявшейся тогда нумерацией проездов в слободе Семёновского полка. Вскоре этот номер был утрачен, и улица превратилась в безымянный проезд. 16 апреля 1887 года ему присвоили название Егерский переулок, по лейб-гвардии Егерскому полку, казармы которого, построенные в 1815 году по проекту Александра Штауберта, находились неподалеку, на Рузовской улице, 16–18. Однако из-за того, что казармы находились не в самом переулке, а с противоположной стороны железной дороги за Введенским каналом, да и полк после Октября 1917-го был расформирован, название просуществовало сравнительно недолго и к 1929 году было окончательно утрачено.

Наконец, 4 апреля 1988 года была предпринята третья попытка дать проезду имя. Он стал Винокурцевским.

Новое название дано в честь участкового уполномоченного 13-го отделения милиции Ленинского района Ленинграда Павла Дмитриевича Винокурцева (1905–1941). 8 ноября 1941 года, находясь в зоне обстрела, Павел Винокурцев обеспечивал общественный порядок, помогал гражданам укрываться в бомбоубежищах. Когда на улице разорвалось несколько снарядов, он заметил около стены дома девочку, которая в ужасе металась возле убитой матери. Схватив ребенка на руки, Винокурцев побежал к ближайшему укрытию, но в это время разорвался очередной фашистский снаряд. Спасая ребенка, участковый успел прикрыть девочку своим телом, но сам погиб. К сожалению, не удалось узнать ни имени девочки, ни ее дальнейшую судьбу.