Площадь, отведенная под строительство, составляла 300 квадратных саженей.В 1887 году проект и план будущего храма, разработанные архитектором Н. Дорошенко, были выставлены для обозрения в галерее источника № 17, где также организовали сбор пожертвований на строительство.Закладка храма и освящение места состоялись 27 июля 1888 года.
Строительство храма началось в 1892 году и велось преимущественно в весенне-летний период. Работы проходили под руководством епископа Владикавказского Владимира, председателем строительного комитета был купец Герасим Кириллович Безпалов, а за строительством наблюдал инженер Терской области Михаил Адамович Суршневич. В 1897 году архитектором Павловым был составлен проект ограды вокруг церкви.
30 июня 1896 года состоялось освящение новой Пантелеимоновской церкви архиепископом Казанским Владимиром. Храм был построен из высококачественного красного кирпича в русско-византийском стиле и имел пятиглавую конструкцию. В плане здание имело форму четырехстороннего креста, причем южный и северный рукава были немного короче западного алтарного, полукруглого в плане. Крыша и карнизы были покрыты малахитом, главы церкви окрашены в полоску различными красками, напоминая купола храма Василия Блаженного в Москве. Кресты и шары были покрыты марбанным лаком. Внутреннее убранство включало узоры из цветного стекла в окнах и дверях, мозаичные полы, а стены украшали библейские сюжеты, два из которых были расписаны учителем рисования Пятигорской гимназии Краснухой. Особую ценность представлял фарфоровый иконостас, подаренный храму владельцем московского фарфорового завода М. С. Кузнецовым.
В 1899 году рядом с храмом было построено двухэтажное здание церковно-приходского училища, в котором также размещались библиотека, читальня и архив. В 1913 году, в ознаменование 300-летия дома Романовых, в ограде церкви была сооружена небольшая кирпичная часовня в честь преподобного Михаила Малеина.
