В 1718 году в день памяти святого Пантелеимона, когда 27 июля 1714 года была одержана победа русского флота в Гангутском сражении над шведским флотом для рабочих Партикулярной верфи (для строительства гражданских судов), устроенной на Фонтанке, против Летнего сада, Петром I была построена часовня. 2 сентября 1722 года состоялось освящение мазанковой церкви,заменившей часовню. Позже новая, каменная была освящена в храмовый праздник, 27 июля 1739 года, епископом Вологодским Амвросием. К 1764 году к ней был пристроен тёплый придел святой Екатерины, так как церковь была холодной.
В 1834—1835 годах архитектором Викентием Беретти здание было перестроено в стиле позднего ампира, а в 1840-х годах скульптором Александром Логановским фасады храма были украшены мраморными барельефами.
В храме находилась подаренная храму в 1870 году императрицей Марией Александровной, особо чтимая икона святого Пантелеимона начала XVIII века.
Позже к храму была приписана мраморная часовня при входе в Летний сад, освященная во имя Святого благоверного князя Александра Невского в знак избавления от смерти императора Александра Второго при покушении 6 апреля 1864 года.
В 1914 году по инициативе Императорского Русского военно-исторического общества на фасаде Пантелеимоновской церкви были укреплены мраморные мемориальные доски с перечнем полков, сражавшихся при Гренгаме и Гангуте. Кроме того, в здании Пантелеимоновской церкви была открыта экспозиция, рассказывающая о сражениях петровского галерного и парусного флота на Балтике, об отваге русских воинов в Северной войне (сохранилась).
В 1936 году приход был закрыт.
Сейчас это действующий храм, который несмотря на расположение в центре города, очень уединенный, спокойный и умиротворенный, не помпезный. Внутри достаточно скромное убранство.
ИНТЕРЕСНЫЙ ФАКТ:
В 1833—1834 годах напротив храма, на набережной (сейчас Кутузова) жил Александр Сергеевич Пушкин, часто бывавший здесь на службе и очень любивший эту церковь.
