Святой родился в Малой Азии в городе Никомидия в семье знатного язычника и был назван Пантолеоном (что значит «по всему лев»), так как родители желали видеть его мужественным и бесстрашным юношей. Отец отдал Пантолеона в языческую школу, а затем обучал его медицинскому искусству у знаменитого в Никомидии врача.

Святое Крещение Пантолеон принял будучи уже юношей от тайно проживавших в Никомидии христиан. После смерти родителей святой Пантолеон посвятил свою жизнь страждущим, больным, убогим и нищим. Он безвозмездно лечил всех обращавшихся к нему, посещал в темницах узников и при этом исцелял страждущих не столько медицинскими средствами, сколько призыванием Господа Иисуса Христа. Это вызвало зависть, и врачи донесли императору, что святой Пантолеон - христианин.

Максимиан уговаривал святого опровергнуть донос и принести жертву идолам, но благодатный врач исповедал себя христианином и на глазах императора исцелил парализованного больного: «Во имя Господа Иисуса Христа, встань и будь здоров», — произнес святой Пантолеон, и больной тотчас выздоровел. Ожесточенный Максимиан приказал казнить исцеленного, а святого Пантолеона предал жесточайшим мукам. После пыток его привели в цирк и бросили на растерзание диким зверям. Но звери лизали его ноги. Видя это, зрители поднялись с мест и стали кричать: «Велик Бог христианский! Да будет отпущен неповинный и праведный юноша!» Разъяренный Максимиан приказал воинам убить мечами всех, кто славил Господа Иисуса, и даже убить зверей, не тронувших святого мученика. Видя это, святой Пантолеон воскликнул: «Слава Тебе, Христе Боже, что не только люди, но и звери умирают за Тебя!»
Наконец, Максимиан приказал отрубить великомученику Пантолеону голову. Воины привели святого на место казни и привязали к масличному дереву. В это время Сам Господь явился святому, назвав его Пантелеимоном (что значит «многомилостивый») вместо прежнего имени Пантолеон, за его великое милосердие и сострадательность.
Честные мощи великомученика Пантелеимона частичками разошлись по всему христианскому миру. Особенно много их на Святой Горе Афон. Именно оттуда святыня была передана в дар Томский кафедральный собор, а оттуда привезена в Таиланд для поклонения паломников.