Строительство храма было инициировано в 1887 году по указу Вятской духовной консистории и завершено в 1895 году.Освящение церкви состоялось 6 мая того же года.Первоначально храм был единоверческим, что означало проведение богослужений по старому обряду.До 1903 года церковь числилась приписной к Казанской церкви села Перевозное, однако 15 апреля 1903 года указом Святейшего Синода при храме был образован самостоятельный приход.
В архитектурном плане Пантелеимоновская церковь представляет собой кирпичное сооружение, выполненное в русском стиле. Структура храма включает одноглавый четверик с пристроенными боковыми притворами, трапезной и шатровой колокольней.
В период советской власти, 15 марта 1929 года, постановлением президиума Сарапульского окрисполкома храм был закрыт. После закрытия здание церкви использовалось для различных целей: до 1935 года в нем функционировал кинотеатр, затем механическая мастерская МТС, с 1956 года — мелкотоварная база, с 1963 года — цех битумных изделий, а в 1980-х годах — цех мягкой кровли городского деревообрабатывающего комбината. Колокольня была снесена примерно в 1934 году, а в 1970-х годах к зданию были пристроены дополнительные производственные помещения.
7 мая 1991 года городским советом было принято решение о возвращении здания Русской Православной Церкви. В период с 1993 по 1995 годы были проведены работы по восстановлению храма, приведшие его в состояние, пригодное для проведения богослужений. 31 января 1999 года архиепископом Ижевским и Удмуртским Николаем было совершено великое освящение храма. В 2016 году завершено строительство крестильного храма на территории прихода.
