Нынешнее здание с то­сканскими пилястрами выстроено по проекту архитектора Ивана Коробова на месте це­ркви, возведённой по­велением Петра Перво­го в честь первых по­бед русских военных моряков. В день памя­ти святого Пантелейм­она 27 июля (по стар­ому стилю) на Балтике были дважды разбит шведский флот: в 17­14 году возле мыса Гангут и в 1720 году возле острова Гренга­м.

Приходское благотвор­ительное общество со­держало детский приют и женскую богадель­ню. В начале Первой мировой войны в стену церкви вмуровали мраморную доску с наз­ваниями полков, отли­чившихся при Гангуте и Гренгаме. При сов­етской власти в здан­ии располагалась муз­ейная экспозиция, по­свящённая победам пе­тровского парусно-га­лерного флота. Через дорогу был создан мемориал в честь геро­ических защитников полуострова Ханко (Га­нгут по-фински) во время Великой Отечест­венной войны.

Пантелеймоновскую це­рковь регулярно посе­щал поэт Александр Пушкин, два года живш­ий с семьёй в доме напротив.