Память святого Пантелеимона издревле чтится Православным Востоком. Уже в IV в. были воздвигнуты храмы во имя святого в Севастии Армянской и Константинополе. Кровь и молоко, истекшие при усечении святого, хранились до Х в. и подавали верующим исцеление.

Честные мощи великомученика Пантелеимона частичками разошлись по всему христианскому миру. Особенно много их на Святой Горе Афон. Честная и многоцелебная глава его хранится в Русском Афонском Свято-Пантелеимоновом монастыре, в соборном храме, посвященном его имени.

В Никомидии накануне 27 июля (9 августа) – дня памяти святого великомученика – совершается торжественный крестный ход с чудотворной иконой святого. Тысячи людей – православных христиан и инославных (армян, католиков и даже магометане) съезжаются сюда и привозят сотни больных, которые получают исцеление по молитвам святого. В церковной книге «Кондак», хранящейся в Никомидийской митрополии, зафиксировано две тысячи автографов греков, турок, итальянцев и армян, получивших исцеление по молитвам великомученика Пантелеимона.

Почитание святого мученика в Русской Православной Церкви известно уже с XII в. Великий князь Изяслав, в святом Крещении Пантелеимон, имел изображение великомученика на своем боевом шлеме и его заступничеством остался жив в сражении 1151 г. Под командованием Петра I русские войска одержали в день памяти великомученика Пантелеимона две морские победы над шведами: в 1714 г. при Гангуте (Финляндия) и в 1720 г. при Гренгаме (небольшая гавань на Аландских островах).

Имя святого великомученика Пантелеимона призывается при совершении таинства Елеосвящения, освящения воды и молитве о немощном. Память его особенно торжественно совершается в Русском Свято-Пантелеимоновом монастыре на Афоне. Собор во имя его построен в 1826 г. по типу древних афонских храмов. В алтаре, в драгоценном ковчеге, хранится главная святыня обители – глава святого великомученика Пантелеимона.