Tatăl său era senatorul păgân Eustorgiu, iar mama sa era creştină şi se numea Euvula. Ei l-au numit pe copilul lor Pantoleon, care se tâlcuieşte „Cu totul leu”, nume prin care s-a arătat mai înainte curajul mărturisirii de care avea să dea dovadă.
De mic, mama sa a început să sădească în inima lui credinţa în Hristos şi bunele deprinderi creştine, însă ea a trecut la Domnul de tânără. Biserica o pomeneşte între sfinţi la 30 martie, ca model de mamă creştină şi mărturisitoare. De tânăr, Sfântul Pantelimon a învăţat filosofia şi meşteşugul doctoricesc. De la bătrânul preot Ermolae a învăţat tainele credinţei şi a înţeles puterea de vindecare a lui Hristos. Plecând într-o zi de la Ermolae, Pantoleon a găsit pe drum un copil care tocmai murise, muşcat de o viperă, şi, rugându-se Mântuitorului, îndată copilul a înviat. Uimit de puterea lui Hristos, Pantoleon s-a întors la Ermolae, a primit botezul şi s-a împărtăşit cu Sfintele Taine.
Auzind acestea, împăratul a poruncit să fie adus la judecată şi pentru că sfântul n-a încetat să-L mărturisească pe Iisus Hristos, l-a chinuit cumplit, apoi l-a osândit la moarte prin tăierea capului cu sabia.
Înainte de a fi martirizat, a auzit glas din ceruri care i-a schimbat numele în Pantelimon, adică „cel cu totul milostiv”. Atunci, mucenicul a întins de bunăvoie gâtul spre sabie şi i s-a tăiat capul în ziua de 27 iulie.