В 1718 у истока р. Фонтанки основана Партикулярная верфь, занимавшаяся постройкой небольших судов для частных лиц. Для рабочих верфи была выстроена часовня в честь Св. великомученика Пантелеймона. В 1721 году часовню при Партикулярной верфи заменила полотняная церковь. В 1722 году построена и освящена мазанковая церковь во имя Святого великомученика и целителя Пантелеймона. Посвящена победам русского флота над шведами при Гангуте в 1714 году и Гренгаме 1720 году, одержанным в день памяти святого (27 июля по ст. стилю). В честь этого события в храме ежегодно проводился особый молебен.

В 1734–1739 гг. по проекту зодчего И.К. Коробова построена новая каменная с колокольней церковь в стиле барокко. Освящена 27 июля 1739 г. В 1764 году рядом с храмом в одном из зданий Партикулярной верфи устроена приписная церковь Св. великомученицы Екатерины. В 1783 году она перенесена в Пантелеймоновскую церковь в качестве придела. На основании именного указа Адмиралтейств-коллегии от 5 марта 1786 г. Партикулярная верфь упразднена; церковь передана в епархиальное ведомство и стала приходской.

В 1834–1835 гг. архитектором В.И. Беретти произведена перестройка церкви; в 1852 и 1875 гг. по проекту И.Г. Мальгина и В.Ф. Геккера храм расширен, в притворе устроена часовня; в 1895 году к церкви пристроен придел во имя Святого благоверного князя Михаила Черниговского и сына его Феодора . В 1912 году проведен большой реставрационный ремонт храма.

В 1867 году при церкви открыто благотворительное Общество вспомоществования бедным Пантелеймоновского прихода с женской богадельней и детским приютом, с 1906 года действовал церковно-приходской совет, с 1913 – братство Святителя Иоасафа Белгородского.

Декретом СНК от 23 января 1918 года «Об отделении церкви от государства и школы от церкви» церковь лишалась прав юридического лица, ее имущество подлежало национализации. Закрыта в 1935 году.

Высочайшие указы и манифесты, указы Святейшего Синода, Тиунской конторы, С.-Петербургского духовного правления, С.-Петербургской духовной консистории (1723–1785; 1802–1910 гг.); книги регистрации указов Синода и С.-Петербургской духовной консистории (1804–1910 гг.); акты обозрения церкви благочинным (1868–1882; 1888 гг.).

Журналы заседаний церковно-приходского совета (1917–1922 гг.); членов «двадцатки» (1922–1923 гг.); протоколы общих собраний прихожан (1917–1923 гг.).

Рукописная табель о высокоторжественных днях и о совершении панихид об умерших и высочайших особах (1735–1742 гг.); переписка об определении границ прихода (1891–1904 гг.); описание границ прихода (б/д); план прихода (1904 г.).

Главная церковная и ризничная опись (1855 г.); описи церковного имущества с исторической справкой о церкви, (1889–1903 г.); акты о приеме церковного имущества (1921-1923 гг.).

Документы о проведении строительных и ремонтных работ (1876–1881; 1895–1897; 1901–1904; 1910–1912 гг.): журналы заседаний строительной комиссии (1895–1897; 1901–1902; 1912 гг.); сметы (1895; 1903; 1910 гг.); проект-эскиз перестройки церкви (1903 г.).

Метрические описи (1731–1921 гг.); исповедные росписи (1726–1867 гг.); клировые ведомости (1828–1862; 1868–1902; 1906; 1908; 1910–1911 гг.); книги брачных обысков (1722–1734; 1792-1831 гг.) и брачные документы (1804–1827 гг.);

Ревизские сказки о священноцерковнослужителях и членах их семей (1811; 1815; 1834; 1850; 1858 гг.); ведомость о штатных священноцерковнослужителях (1825–1826 гг.).

Приходская книга (1920–1921 гг.) и ведомость о прихожанах церкви с указанием сведений о прихожанах и членах их семей (1921 г.;); документы о переходе в православную веру лиц других вероисповеданий (указы С.-Петербургской духовной консистории о разрешении перехода; рапорты причта о совершении обрядов; паспорта и др.; 1889–1890 гг.).

Приходо-расходные книги (1802–1915; 1919–1924 гг.).

Книги регистрации входящих и исходящих документов (1870–1876 гг.) и др.