Деревянный храм в честь Сретения Господня на территории Ярославля впервые упоминается в переписных книгах 1636 года. В 1685 году на средства ярославского купца Павла Якимова Денисовского была возведена каменная двухэтажная церковь с приделом во имя Стефана Сурожского. Западнее основного здания располагалась теплая церковь в честь иконы Божией Матери «Знамение», точная дата постройки которой неизвестна. Оба храма были одноглавыми, с кирпичными полами и выбеленными стенами.
В 1819 году Знаменская церковь была разобрана и построена заново, соединенная с папертью Сретенского храма. Тогда же появились новая трапезная и алтарь. Резной иконостас для теплой церкви изготовил ярославский мещанин Кузьма Гаврилов Столарев в 1819-1820 годах. Роспись царских врат выполнил Семен Степанов Завязошников, а стенной живописью занимался ярославский художник Федор Васильев Банщиков в 1821 году.
В 1833 году холодный Сретенский храм был перестроен в одноэтажный, а придел Стефана Сурожского перенесен в теплую церковь. В 1891-1895 годах по проекту архитектора Николая Ивановича Поздеева на средства ярославского промышленника Ивана Николаевича Дунаева храм был капитально перестроен в псевдорусском стиле. В алтаре появился новый престол во имя великомученика и целителя Пантелеимона, освященный в 1896 году.
В 1918 году священник и церковный композитор Василий Николаевич Зиновьев организовал при храме певческую капеллу, существовавшую до 1925 года. В 1929 году храм был закрыт советской властью. В 1930 году здание переоборудовали под клуб Медсантруда, позднее здесь размещались склад, пекарня и цеха швейного объединения «Ярославль». В 1931 году было принято решение о взрыве храма, но оно не было исполнено.
В 1994 году здание было возвращено Русской Православной Церкви. В ходе восстановительных работ были разобраны межэтажные перекрытия, установлены новые системы отопления и электроснабжения, смонтирован иконостас. Регулярные богослужения возобновились после завершения основных восстановительных работ.
