
Dopo gli studi in legge all'Università di Pisa si trasferì a Milano, dove nel corso degli anni cinquanta dell'Ottocento lavorò come precettore nelle case di importanti nobili milanesi, tra cui i Visconti di Modrone e i D'Adda. In questo periodo si dedicò soprattutto allo studio della filosofia, della storia, della linguistica e delle scienze naturali. S'imparentò con la famiglia dell'esploratore Manfredo Camperio e dei patrioti Filippo e Giacomo Ciani, stringendo importanti legami di amicizia e collaborazione con il glottologo Graziadio Isaia Ascoli, lo psichiatra Andrea Verga, l'astronomo Giovanni Schiaparelli.
Poco dopo la pubblicazione nel 1859 dell'Origin of Species di Charles Darwin, Vignoli fu tra i primi ad aderire in Italia alla teoria dell'evoluzione, tema di cui continuò a occuparsi nell'arco di tutta la sua attività, e che sviluppò in direzione dell'antropologia e della psicologia comparata, disciplina quest'ultima di cui è considerato l'iniziatore in Italia. I suoi primi articoli, Dell'insegnamento elementare della filosofia nei licei dello Stato e Di una dottrina razionale del progresso, uscirono tra il 1863 e il 1864, nella terza serie del Politecnico di Carlo Cattaneo, mentre agli anni settanta dell'Ottocento risalgono i suoi libri più noti, Della legge fondamentale dell'intelligenza nel regno animale. Saggio di psicologia comparata (1877) e Mito e scienza (1879), pubblicati nella Biblioteca scientifica internazionale dei Fratelli Dumolard e tradotti anche in Germania e in Gran Bretagna. Proprio Mito e scienza fece conoscere Vignoli a importanti personalità dell'epoca, tra cui Hermann Usener, Aby Warburg e, alcuni anni dopo, Ernst Cassirer.
Fu collaboratore di numerose riviste, in particolare dell'organo ufficiale del positivismo italiano, la Rivista di filosofia scientifica diretta da Enrico Morselli e della Rivista di scienze biologiche (dal 1901 Rivista di biologia generale), fondata nel 1899 dal biologo Paolo Celesia. Negli anni ottanta entrò quindi in contatto con i maggiori psicologi e antropologi positivisti italiani, quali Giuseppe Sergi, Andrea Angiulli, Angelo Mosso, Giovanni Canestrini, Gabriele Buccola, Cesare Lombroso, Paolo Mantegazza e lo stesso Morselli. Aderì inoltre alla Società romana di antropologia, promossa nel 1893 dallo stesso Sergi.
Dopo aver tenuto alcuni corsi liberi e gratuiti di antropologia nel 1874 e nel 1878-79, dal 1894 al 1910 divenne professore incaricato di antropologia presso la Reale Accademia scientifico-letteraria di Milano. Nel 1889 ottenne anche la libera docenza in psicologia.
Apprezzato da importanti personalità della cultura europea di quegli anni, quali Alfred Espinas, George John Romanes ed Ernst Haeckel, Vignoli si dedicò soprattutto a riflessioni teoriche nel campo della psicologia comparata, pronunciandosi su temi quali l'istinto e l'intelligenza e su fenomeni quali l'attenzione, la falsa memoria e gli intervalli incoscienti in una serie di atti psichici, argomenti a cui dedicò numerosi articoli soprattutto sui Rendiconti del Reale Istituto lombardo di scienze e lettere. Numerosi sono inoltre gli articoli da lui pubblicati sulle sue osservazioni nel campo della psicofisica e degli esperimenti sugli animali diretti a provare l'efficacia della psiche nel processo di adattamento a nuove condizioni ambientali. Questi contributi sparsi, insieme a lavori quali Note intorno ad una psicologia sessuale (1887), furono in seguito raccolti nel volume Peregrinazioni psicologiche (1895).
Sostenitore di numerose iniziative nel campo dell'istruzione e della beneficenza, occupò un posto di rilievo nella vita culturale di Milano, dove fu tra l'altro collaboratore della Società d'esplorazione commerciale in Africa, presidente del Circolo filologico e membro effettivo del Reale Istituto lombardo di scienze e lettere.
In seguito alla morte del precedente direttore Antonio Stoppani, nel 1893 fu nominato direttore amministrativo del Museo civico di storia naturale, carica che mantenne fino al 1911.
Elena Canadelli