Храм святого великомученика и целителя Пантелеимона на улице Пестеля в Санкт-Петербурге был основан в связи с деятельностью Партикулярной верфи, учрежденной Петром I в 1718 году. Первоначально для рабочих верфи была построена часовня, освященная во имя святого Пантелеимона. Выбор посвящения связан с тем, что в день памяти святого, 27 июля по старому стилю, русский флот одержал победы при Гангуте (1714) и Гренгаме (1720). В 1722 году часовня была заменена мазанковой церковью, построенной по проекту архитектора Николая Гербеля.
Каменный храм был возведен в 1735–1739 годах в стиле аннинского барокко по проекту архитектора Ивана Коробова. Церковь имела колокольню и деревянный шатровый купол. Внутреннее убранство создавали художники Гавриил Ипатов и Андрей Квашнин. Храм был освящен 27 июля 1739 года епископом Вологодским Амвросием. Первоначально церковь была холодной, но в 1764 году к ней пристроили теплый придел святой Екатерины, перенесенный в 1783 году в трапезную.
В 1834–1835 годах архитектор Викентий Беретти провел реконструкцию здания, оформив интерьеры в стиле позднего ампира. В 1840-х годах фасады украсили мраморные барельефы работы скульптора Александра Логановского. Храм неоднократно расширялся: в 1852 году по проекту архитектора Ивана Мальгина, в 1875 году архитектор Василий Геккер перестроил притвор, а в 1895–1896 годах был добавлен придел князя Михаила Черниговского и его сына Феодора.
В 1914 году на фасаде церкви установили мраморные мемориальные доски с перечнем полков, участвовавших в сражениях при Гангуте и Гренгаме. В 1922 году приход перешел к обновленцам, а в 1936 году храм был закрыт. В 1980-х годах в здании размещалась выставка «Гангутский мемориал». В 1991 году церковь возвращена Санкт-Петербургской епархии, с 1994 года в ней возобновлены богослужения.