Dans la première moitié du XIXe siècle, le quartier de Pisky, à la périphérie nord de Kharkiv, était un petit village de 30 maisons en bois et en argile, avec des toits de chaume. Les habitants, principalement des Malorosses, s'adonnaient à l'agriculture et au commerce, transportant des marchandises entre le sud et le nord avant l'arrivée du chemin de fer. Pisky était bordé à l'est par la colline universitaire et le jardin, à l'ouest par les terres des Bedryagins, au nord par celles des Serdyukovs et au sud par des marais, qui devinrent plus tard un dépôt de bétail. Avec le temps, Pisky commença à se développer rapidement, et les paysans déménagèrent ailleurs. Le seul terrain non construit, d'une superficie de 784 perches carrées, fut laissé pour un bâtiment universitaire, où se trouve maintenant le temple de Panteleimon. À cet endroit, une source d'eau curative fut découverte, et sur ordre du gouverneur Kokoshkin, des puits furent creusés pour les habitants.

Avec la croissance de la population, il devint nécessaire de créer une paroisse distincte pour Pisky. En 1866, G.G. Fedorov tenta d'obtenir un terrain pour construire une église, mais en raison de l'absence de fonds et d'autres raisons, cela échoua. Le chemin de fer nuisit au commerce, et l'interdiction du gouverneur de stocker du pain et du foin aggrava la situation. Au début des années 1880, des habitants influents, tels que K.N. Zakhariev et N.A. Zheverzhev, apparurent dans le quartier. En janvier 1882, une demande fut soumise à l'évêque Justin, qui donna la permission de construire le temple. Les habitants collectèrent 10 000 roubles pour la construction.

Le 24 mai 1882, l'évêque Justin approuva le plan de l'église et nomma un comité de construction. Le 6 juin, il consacra le site de la fondation du temple. Le comité décida d'élargir le projet en ajoutant deux autels. La veuve du marchand E.M. Ognienko prit en charge l'aménagement de l'un des chapelles. La construction avançait rapidement, et en 1883, les murs étaient érigés et l'église couverte de fer. Le clocher fut transformé en une structure à trois niveaux. L'intérieur comprenait des icônes peintes par l'artiste M.F. Plotnikov et des dons des habitants locaux.

L'architecte F.I. Danilov conçut le projet dans le style russo-byzantin. En 1897-1898, l'architecte M.I. Lovtsov rénova le temple, ajoutant des éléments décoratifs. Après la révolution de 1917, le temple fut fermé et utilisé comme club et école. Pendant la Seconde Guerre mondiale, les services reprirent, mais en 1961, le temple fut de nouveau fermé. En 1982, le bâtiment fut transféré à une société sportive, mais aucune réparation ne fut effectuée.

En 1989, le temple fut restitué à l'Éparchie de Kharkiv. Le métropolite Nikodim célébra la première liturgie dans le temple à moitié détruit. Le prêtre Leontiy Tanashkin devint le recteur et commença la restauration. En 1990, les cloches furent consacrées, et en 1991, le maître-autel. En 1992, la source perdue fut retrouvée, et le terrain autour fut aménagé. En 1995, le recteur Leontiy Tanashkin trouva tragiquement la mort.

Le 26 mai 1995, le protodiacre Nikolai Ternovetsky devint le recteur. La restauration du temple se poursuivit, et en 1999, tous les travaux furent achevés. En 2000, le temple retrouva la maison du premier recteur, qui fut restaurée et devint partie de l'ensemble architectural.