Ο άγιος Παντελεήμονας βρίσκεται στη συμβολή των οδών Εγνατίας και Ιασωνίδου, κοντά στη Ροτόντα. Το κτίσμα, όπως σώζεται σήμερα, είναι σταυροειδής ναός με δύο τρούλους. Στις τρεις πλευρές του (εκτός από την ανατολική ) είχε στοά, η οποία καταστράφηκε στις αρχές του 20^ου αιώνα. Η στοά μάς είναι γνωστή από παλαιότερα σχέδια και φωτογραφίες και η θέση της αποκαλύφθηκε με ανασκαφικές έρευνες. Ο ναός στον κεντρικό χώρο είχε κοντά στις γωνίες των τοίχων τέσσερις κίονες, που δίνουν στην κάτοψη το σχήμα του εγγεγραμμένου σταυρού. Το κτίσμα ανήκει δηλαδή στους λεγόμενους σύνθετους τετρακιόνιους σταυροειδείς εγγεγραμμένους ναούς. Έχει νάρθηκα και δύο παρεκκλήσια στο ανατολικό τμήμα, όπου κατέληγε η στοά που καταστράφηκε. Εκτός από τον κεντρικό τρούλο και τον τρούλο που σώζεται στο νάρθηκα, είναι βέβαιο πως ο ναός είχε τρούλους και στη στοά. Η κατανομή τους όμως δεν ήταν τόσο συμμετρική και σωστή, όπως σε άλλα μνημεία της παλαιολόγειας εποχής, π.χ. στην Αγία Αικατερίνη και στους Αγίους Αποστόλους.

             Το σημερινό όνομα Άγιος Παντελεήμονας είναι πολύ νεότερο. Για το αρχικό όνομά του δεν υπάρχουν σαφείς πληροφορίες. Γενικά ταυτίζεται με τη γνωστή από τις βυζαντινές πηγές μονή του Κυρ Ισαάκ, τη μονή της Περιβλέπτου. Τη μονή αυτή έχτισε ο μητροπολίτης Θεσσαλονίκης Ιάκωβος (1295 – 1314), που έγινε μοναχός με το όνομα Ισαάκ. Στα χρόνια της Τουρκοκρατίας ο ναός έγινε τζαμί με το όνομα Ισακιέ Τζαμί. Η ονομασία οδήγησε στην άποψη ότι το κτίσμα ταυτίζεται με τη μονή Περιβλέπτου του Κυρ Ισαάκ. Το θέμα όμως είναι ακόμη ανοιχτό στην έρευνα.