Пантелеймоновский монастырь расположен в местности, которая раньше называлось «Лазаревщина».
По ходатайству первого епископа Чигиринского Феофана Шиянова-Чернявского с 1802 года это урочище стало хутором при загородном викариатском доме — даче преосвященного настоятеля Михайловского Златоверхого монастыря.
В 1802—1803 годах был построен и освящён первый храм в честь чуда Архангела Михаила. Феофанией эту местность благословил называть митрополит Киевский Гавриил.
Святитель Иннокентий Борисов, настоятель Михайловского Златоверхого монастыря в 1836—1841 годах, много потрудился здесь и ввёл в Феофании библейские названия. Епископ Серафим Аретинский, настоятель Михайловского монастыря в 1859—1865 годах, в 1861 году благословил открыть в Феофании скит.
В начале XX века монахи Феофаниевского скита обратились в консисторию с просьбой о строительстве нового собора, ибо существовавшие в ските не могли принять огромного количества прихожан. 16 июля 1905 года по проекту Евгения Ермакова был заложен большой собор. 1 июля 1914 года состоялось торжественное освящение нового киевского Пантелеимоновского храма.
До революции 1917 года в Феофании было построено четыре храма: чуда Архангела Михаила деревянный, Всех Святых, Владимирской иконы Божией Матери и собор великомученика Пантелеимона.
Закрыли скит до Великой Отечественной войны. Всё было либо разрушено, либо изуродовано до неузнаваемости.
Свято-Пантелеимоновский собор сильно пострадал во время Великой Отечественной войны. Именно в этом месте проходила линия обороны Киева осенью 1941 года, и здание собора имело очень большое военно-стратегическое значение, высокое здание, с которого можно вести прицельный огонь, поэтому храм принял на себя миномётный удар.
После войны Институт механики АН УССР проводил в соборе эксперименты со взрывами направленного действия.
7 мая 1990 года Свято-Пантелеимоновский собор был возвращён Церкви, и в нём начались восстановительные работы. С 1993 года при соборе был открыт скит киевского Свято-Покровского женского монастыря.
В 1998 году Свято-Пантелеимоновский собор был освящён митрополитом Киевским и всея Украины Владимиром. 23 апреля 2002 года решением Священного синода Свято-Пантелемоновский скит стал самостоятельным общежительным монастырём.
В 2005 года был построен монашеский корпус с домовым храмом в честь чуда Архистратига Михаила с колокольней.
