Проект храма разработал архитектор Федор Иванович Афуксениди, взяв за основу Андреевский храм, созданный Бартоломео Растрелли в Киеве. Пантелеимоновский храм представляет собой кирпичное здание восьмигранной формы с пятью куполами и трехъярусной колокольней, а также цокольным этажом, повторяющим восьмигранную форму храма.

История храма началась в 1999 году, когда жители микрорайона Мамайка обратились с просьбой к Архимандриту Иннокентию (Кишкину), благочинному церквей Сочинского округа, о создании храма в честь целителя Пантелеимона. Епископ Майкопский и Армавирский Филарет дал благословение на открытие храма. Благодаря усилиям о. Иннокентия была зарегистрирована церковная община. В мае 2000 года иерей Николай Хлынин был назначен первым настоятелем прихода. Первые службы проходили в временном помещении, предоставленном санаторием «Ставрополье», на территории которого планировалось строительство храма. Строительство началось в январе 2001 года, а 21 февраля Архиепископ Исидор (ныне Митрополит Екатеринодарский и Кубанский) благословил начало строительства.