На месте часовни в 1722 году был построен деревянный храм. 2 сентября 1722 года состоялось торжественное освящение храма во имя святого великомученика и целителя Пантелеймона. Император Петр I задумывал эту церковь как храм-памятник русскому флоту, одержавшему к тому времени две великолепные морские победы – при Гангуте 27 июля 1714 года и при Гренгаме 27 июля 1720 года.
Название церкви произошло оттого, что обе эти победы были одержаны в день Святого Пантелеймона. Улицу, начинающуюся у церкви, также назвали Пантелеймоновской (ныне улица Пестеля). В 1734 году, во время правления Анны Иоанновны рядом с деревянной церковью был заложен новый каменный храм.
Строительные работы под руководством Н. Шумахера закончились в 1739 году. Часто авторство приписывается Ивану Коробову, поскольку он внес достаточно много поправок в первоначальный проект Шумахера. Торжественное освящение нового храма состоялось 27 июля 1739 года.
15 июня 1935 года Пантелеймоновская церковь была закрыта, а само здание стало использоваться под склад зерна, затем — как текстильный цех. В 50-е годы XX века мемориальные доски были отреставрированы. В 1981 году в здании Пантелеймоновской церкви разместился филиал музея истории Ленинграда Гангутская слава.
Наконец, в 1994 году здание было передано Санкт-Петербургской епархии, проведена реставрация церковных помещений. Архитектура церкви является характерной для первой половины XVIII века: пилястры дорического ордера на фасадах, фигурный лучковый фронтон над местом расположения алтаря, высокий граненый купол на восьмигранном барабане и колокольня со шпилем.
Церковь Св.Целителя Пантелеймона относится к первым городским храмам Санкт– Петербурга.
Первая деревянная Пантелеймоновская церковь , освященная 2 сентября 1722 года, входила в комплекс Партикулярной верфи. Верфь , где велось производство небольших судов для частного пользования, занимала большой участок вдоль берега реки Фонтанки, напротив Летнего сада.
Храм был заложен в честь победы Российского флота над шведами, одержанной 27 июля 1714 года. Так как в этот день поминают Святого целителя Пантелеймона – «всемилостивого» ( к этому святому обращаются верующие с мольбой об исцелении от разных болезней, он считается так же покровителем русского флота), то и храм освящен его именем.
Деревянный храм был достаточно мал и не мог вместить всех желающих, поэтому уже в 1735 году его начали перестраивать в камне , одновременно с перестройкой в камне Партикулярной верфи. Так как верфь перестраивалась под руководством архитектора И.К.Коробова, то его принято считать автором проекта каменного храма.
Перестройка длилась до 1739 года. Внутреннее убранство было создано художником Г.Ипатовым; иконы и плафон купола написаны художником А.И.Квашниным. Новая каменная Пантелеймоновская церковь стала так же памятником воинам, погибших в битве при Гренгаме.
Сражение состоялось в 1720 году, но тоже в 27 июля, в день Св.Целителя Пантелеймона.
Позднее Пантелеймоновская церковь несколько раз обновлялась и частично перестраивалась , но во внешнем облике храма сохранились яркие черты архитектуры 30–х годов XVIII века (стиль – Аннинское барокко).
В 1784 году Партикулярная верфь была упразднена. Спустя несколько лет на ее месте по проекту архитектора Ф.И.Волкова возвели каменные корпуса складов для хранения соли и вина — так называемый — комплекс Соляного городка.
Пантелеймоновская церковь стала неотъемлемой его частью. В середине XIX века стены церковного зала были облицованы искусственным мрамором и покрыты росписью, тогда же был обновлен иконостас. В начале XX века на фасаде храма установили мемориальные доски , на которых перечислены участники битвы при Гангуте.
В 1936 году приход был закрыт , а с 1980 года храм находился в ведении Музея истории города, там размещалась выставка «Гангутский мемориал».
В 1991 году Пантелеймоновскую церковь вернули епархии, с 1994 года богослужения стали регулярными. К 2003 году была проведена реставрация фасадов и куполов, в 2007 году началась реставрация росписи храма.
Здание Пантелеймоновской церкви , ставшей памятником побед русского флота в Северной войне , имеет большое градостроительное значение, венчающая часть храма видна с далеких расстояний, а купол замыкает перспективу ул. Пестеля (бывшей Пантелеймоновской).