Деревянную церковь строил в 1905 – 1906 годах архитектор Е. Л. Морозов, по проекту архитектора Харламова. Архитектура храма отличалась особой стройностью и красотой. Расположенная среди высоченных. "корабельных" сосен, церковь тянулась к небу вытянутыми луковками своих глав. В 1910-е годы храм был расширен трапезной и колокольней. В 1913 году церковь хотели вновь расширить, был даже разработан и утвержден проект, но грянула первая мировая война, затем революция, гражданская, а потом настали 1930-е годы.

В закрытой в 1938 году церкви расположился клуб, затем суд НКВД, в церковном дворе хоронили расстрелянных заключенных (до наших дней сохранилась братская могила).Некоторое время храм, с обрушенными колокольней и главным куполом, использовался как генеральская дача. Между тем здание ветшало, его превратили в общежитие для пожарных. Переданное епархии в 1991 году приземистое здание, облепленное верандами и пристройками, внутри в перегородках - ничем не напоминало церковь. Была вновь возведена колокольня и разработан, в соответствии с сохранившимися в архиве чертежами, проект восстановления церкви. Храм вновь действует, в нем находится икона Святого Целителя Пантелеймона с частицей его мощей.

Активное восстановление церкви началось в апреле 2002 года. В попечительский совет по восстановлению храма вошли виднейшие представители медицины Санкт-Петербурга. По замыслу организаторов работ (благотворительный фонд "Православие"), возрожденный храм Святого великомученика и Целителя Пантелеимона должен стать памятник тем, кто лечит и словом Божьим и своими руками. Здесь, на соседнем участке вырос кардиологический санаторий. Церковь отреставрирована на частные пожертвования. Уже к 9 августа 2002 года, дню Святого Пантелеймона засиял восстановленный купол, который построили студенты строительного отряда из Военно-Медицинской академии. В этот день состоялось освящение и открытие отреставрированной части храма. Полностью работы по воссозданию церкви были закончены к Рождеству 2003 года и приурочены к 300-летию Санкт-Петербурга.