Родился в семье инженера завода «Динамо» Бориса Георгиевича Винберга и Веры Евгеньевны Похвальновой, некоторое время после окончания физико-математического факультета 2-го МГУ преподававшей в разных местах, а потом работавшей на заводах инженером-расчётчиком[6][7]. Племянник гидробиолога Георгия Винберга.
Окончив школу с золотой медалью, поступил на механико-математический факультетМГУ без экзаменов, успешно пройдя собеседование. Однако с зачислением у него возникли проблемы из-за очень высокой близорукости; приняли на факультет Винберга только после личного вмешательства декана Ю. Н. Работнова[6][8].
Окончил университет в 1959 году и аспирантуру по кафедре высшей алгебры (1962)[9]. Кандидат физико-математических наук (1962), доктор физико-математических наук (1984)[5]. С 1961 года работал на кафедре высшей алгебры; с 1966 года — доцент, с 1991 года — профессор[10].
Главный редактор журналов «Transformation Groups» (с 1996 года), «Математическое просвещение» (с 2006 года); член редколлегий журналов «Функциональный анализ и его приложения», «Труды Московского математического общества» (с 1999 года), «Journal of Lie Theory» (с 1994 года)[11].
Вёл основные и специальные курсы «Высшая алгебра», «Линейная алгебра и геометрия», «Группы Ли», «Полупростые группы Ли», «Симметрические пространства», «Теория инвариантов», «Группы отражений». Соруководитель спецсеминара «Группы Ли и теория инвариантов»[11].
Автор многократно переизданного классического университетского учебника «Курс алгебры», выдержанного в характерном стиле, при котором выкладки и сложные рассуждения заменяются короткими, элегантными и в то же время вполне строгими аргументами[10].
Под научным руководством Винберга защищены 42 кандидатские диссертации и 7 докторских[5].
Такой круг интересов во многом определился ещё в студенческие годы, когда он в школе Евгения Дынкина изучал теорию групп Ли. Первой его научной работой стала дипломная работа, в которой получил описание инвариантных линейных связностей в однородном пространствегруппы Ли (не обязательно редуктивном)[9].
Следующий цикл работ относился к теории однородных выпуклых конусов: с каждым таким конусом ассоциирована однородная область Зигеля, и Винберг существенно продолжил и развил изучение данного круга вопросов, начатое в работах Картана и Пятецкого-Шапиро. В частности, построил первый пример несамосопряжённого выпуклого однородного конуса и получил полную классификацию самосопряжённых выпуклых однородных конусов, основанную на неожиданно выявившейся связи таких конусов с компактными йордановыми алгебрами. Занимался исследованиями нового класса неассоциативных алгебр, которые в современной математической литературе получили название алгебры Винберга[10].
В 1980 году вернулся к изучению выпуклых конусов, но уже в совершенно ином контексте: он опубликовал работу «Инвариантные выпуклые конусы и упорядочения в группах Ли»[14], открыв новое направление в теории групп и алгебр Ли[15].
Опубликовал более 100 научных статей, автор 10 монографий и учебных пособий[5][16].
Винберг Э. Б. . Линейные представления групп. — М.: Наука, 1985. — 144 с.
Винберг Э. Б., Онищик А. Л. .Основы теории групп Ли. — М.: ВИНИТИ, 1988. — С. 5—101. — (Итоги науки и техники. Сер. «Современные проблемы математики. Фундаментальные направления». Т. 20).