Пантелеимон родился в конце III века в городе Никомидии (на территории современной Турции) в семье знатного язычника Евсторгия и христианки Еввулы. При рождении его назвали Пантолеоном (что означает «во всём лев»). После ранней смерти матери отец отдал юношу в языческую школу, а затем на обучение к известному врачу Евфросину. Пантолеон быстро освоил врачебное искусство, отличался красноречием и хорошим поведением. Император Максимиан Галерий, заметив его талант, сделал Пантолеона своим личным врачом. В Никомидии тайно жили священномученики пресвитеры Ермолай, Ермипп и Ермократ, уцелевшие после массового сожжения христиан в 303 году. Ермолай обратил внимание на юношу и стал рассказывать ему об христианстве. Согласно житию, Пантолеон уверовал в Иисуса Христа после того, как по его молитве воскрес ребёнок, умерший от укуса змеи. После этого он принял крещение от пресвитера Ермолая и получил имя Пантелеимон (что значит «всемилостивый»). Став христианином, Пантелеимон посвятил свою жизнь служению людям: безвозмездно лечил больных, используя не только медицинские знания, но и молитву. Он посещал темницы, помогал нуждающимся, раздавал имущество нищим и освобождал рабов. Такая практика вызвала зависть других врачей, которые донесли на Пантелеимона императору Максимиану. На суде святой не отрекся от веры. Он предложил императору устроить испытание: исцелить неизлечимо больного. Языческие жрецы не смогли помочь, а молитва Пантелеимона вернула человеку здоровье. За это Пантелеимона подвергли жестоким пыткам: его колесовали, бросали в кипящее олово, пытались утопить в море, жгли свечами, рвали железными когтями. Дикие звери, которым его отдали на растерзание, не проявили агрессии, а, наоборот, лизали ноги святого. Перед казнью, когда один из воинов нанёс удар мечом, тот размягчился и не причинил вреда. Во время молитвы с небес послышался голос, который призвал Пантелеимона в Царство Небесное. Когда ему отрубили голову, из раны вместо крови потекло молоко, а маслина, к которой он был привязан, внезапно зазеленела и принесла плоды.Тело святого, брошенное в костёр, осталось неповреждённым, и его похоронили христиане.

В Православной церкви память святого совершается 27 июля (9 августа по новому стилю). Пантелеимон почитается как покровитель воинов (это связано с его языческим именем Пантолеон, которое переводится как «лев во всём») и как целитель. Его имя призывается при совершении Таинства Елеосвящения, освящении воды и в молитвах о немощных.
Глава святого хранится в Русском Свято-Пантелеимоновом монастыре на Афоне. Частицы мощей святого находятся во многих городах России.
На иконах Пантелеимон изображается в образе юноши без бороды, кудрявого, в традиционном для целителей одеянии — синем хитоне с золотыми нарукавниками, синей рубашке с золотым оплечьем и коричневом плаще, собранном на груди.
К святому Пантелеимону обращаются с молитвами об исцелении телесных и душевных недугов, о поддержке в трудных ситуациях, о помощи врачам и тем, чья деятельность связана с медициной.