Родился около 280 года в Никомедии в семье знатного язычника и получил имя Пантолеон. Его мать святая Еввула была христианкой и воспитывала сына в своей вере, но умерла. Когда Пантолеон был в отроческом возрасте, его отец отдал сына в языческую школу, а затем поручил знаменитому врачу Евфросину для изучения Пантолеоном врачебного искусства. Вскоре о нём услышал римский император Максимиан, пожелавший видеть Пантолеона при своём дворе. Проживавший в Никомедии пресвитер Ермолай заметил Пантолеона и начал рассказывать ему о христианстве. Согласно житию, Пантолеон уверовал в Иисуса Христа, когда, увидев ребёнка, умершего от укуса змеи, он по молитве к Иисусу Христу воскресил его. После этого он принял крещение от пресвитера Ермолая и получил имя Пантелеимон. Став безмездным врачом, Пантелеимон лишил многих врачей доходов, и императору Максимиану поступил донос, что Пантелеимон посещает в тюрьме христиан и лечит их именем Христа. Император призвал Пантелеимона и просил опровергнуть донос.