Его мать Еввула была христианкой, но из-за своей ранней смерти не смогла дать сыну христианское воспитание. Пантолеон окончил начальную языческую школу, после которой учился врачебному искусству у знаменитого в Никомидии врача Евфросина. Он так преуспел, что стал известен императору Максимиану, который захотел видеть его при своем дворе.
В то же время в Никомидии тайно проживали священномученики пресвитеры Ермолай, Ермипп и Ермократ, уцелевшие после сожжения 20 000 христиан в Никомидийской церкви в 303 году. Святой Ермолай однажды позвал юношу в свое жилище и рассказал о христианской вере. После этого Пантолеон ежедневно посещал священномученика Ермолая. Как-то раз юноша-врач увидел на улице мертвого ребенка, укушенного змеей, которая еще была рядом. Пантолеон начал молиться Господу Иисусу Христу о воскрешении умершего и умерщвлении ядовитого гада. Он твердо решил, что в случае исполнения его молитвы станет последователем Христа и примет Крещение. Ребенок ожил, а змея разлетелась на куски на глазах у Пантолеона.
После этого чуда Пантолеон был крещен святым Ермолаем с именем Пантелеимон (всемилостивый). С тех пор Пантелеимон стал беседовать со своим отцом о христианстве. Когда же Евсторгий увидел, как сын исцелил слепца призыванием имени Иисуса Христа, то уверовал во Христа и крестился вместе с прозревшим слепцом.
После смерти отца святой Пантелеимон посвятил свою жизнь страждущим, больным, убогим и нищим. Он посещал в темницах узников, особенно христиан, которыми были переполнены все тюрьмы, и лечил их от ран. В скором времени молва о милостивом враче распространилась по всему городу. Оставив других врачей, жители стали обращаться только к святому Пантелеимону, который даром лечил всех обращавшихся к нему, исцеляя их именем Иисуса Христа. Из зависти оставленные врачи донесли императору, что святой Пантелеимон лечит христианских узников. Максимиан уговаривал святого опровергнуть донос и принести жертву идолам, но Пантелеимон исповедал себя христианином и на глазах императора молитвой ко Господу исцелил расслабленного. Язычник Максимиан казнил исцеленного, а святого Пантелеимона предал жесточайшим мукам. Но прежде ему явился Господь и укрепил перед страданиями. Великомученика Пантелеимона повесили на дереве и рвали железными когтями, обжигали свечами, потом растягивали на колесе, бросали в кипящее олово, ввергали в море с камнем на шее. Во всех истязаниях великомученик оставался невредимым и с дерзновением обличал императора.
Когда святого бросили на растерзание зверям в цирке, дикие животные стали лизать его ноги. Зрители поднялись с мест и стали кричать: «Велик Бог христианский!» Разъяренный Максимиан приказал воинам рубить мечами всех, кто славил имя Христово, а великомученику Пантелеимону отрубить голову.
Святого привели на место казни и привязали к масличному дереву. Когда великомученик молился, один из воинов ударил его мечом, но меч стал мягким, как воск, и не нанес никакой раны. Когда великомученик окончил молитву, послышался голос, призывавший