Неподалеку от того места, где несколько лет тому назад начали возводить храм в честь святого великомученика и целителя Пантелеймона, долгое время стоял другой храм, известный еще с 1740 года, – Всехсвятская церковь. Сначала она была деревянной, находилась на территории кладбища (ул. Новый Базар), а в 1808 году ее перенесли на территорию старого кладбища (сейчас парк им. Котляревского). В 1858–1864 годах была построена каменная пятиглавная Всехсвятская церковь с двумя башнями-колокольнями по обе стороны главного входа. Под ней устроили склепы с многочисленными погребениями.
Всехсвятская церковь была разобрана в 1960–1962 годах. На ее территории сооружен мемориальный комплекс Солдатской Славы. В 1941–1943 годах на территории кладбища и концлагеря, который находился неподалеку, было замучено свыше 3,5 тысяч людей – мирных жителей, военнопленных, партизан и подпольщиков. Мемориальный комплекс Солдатской Славы открыли в 1969 году и перенесли туда останки советских воинов, павших в боях за Полтаву.
В 1999–2000 году по решению городских властей Полтавы неподалеку от места нахождения разрушенной Всехсвятской церкви было начато строительство храма святого великомученика и целителя Пантелеимона. Авторы проекта – В. Трегубов и О. Белявская.
19 сентября 2000 года состоялось освящение церкви, а 23 сентября – первая Божественная Литургия.