Церковь Святого Пантелеймона была построена в 1885 году на территории, где ранее было предместье Харькова – поселок Пески. Со временем поселок разрастался, увеличивалось количество населения, что и привело к необходимости постройки церковной обители. Первая часть постройки – каркас здания, покрытый железом, был сооружен в 1883 году. Далее продолжались работы по дереву, осуществлялось покрытие золотом, установка центрального иконостаса. Иконы были написаны художником М. Ф. Плотниковым, а купцом В. И. Бочаровым были подарены церкви иконы Святого великомученика Пантелеймона и Святого Николая в позолоченных ризах. Храм был выстроен в руссковизантийском стиле с минимальным количеством украшений. В 1898 году архитектор М. И. Ловцов реконструировал сооружение, в результате чего фасад был украшен декорированными деталями, над главным входом появился купол, а по сторонам – башенки. При советской власти храм был закрыт, а помещение отдано под клуб глухонемых, затем под школу, а с 1961 года здесь размещался склад. В 1982 году помещение передали спортивному клубу "Динамо" под музей. Возвращение святыни православной церкви и восстановительные работы были начаты в 1989 году. С тех пор храм действует по назначению.