На месте слияния рек Мойки и Фонтанки с начала XVIII века работал лодочный перевоз. Первое упоминание о нём относится к 1721 году. В 1725-1726 годах по проекту Г. ван Болеса здесь был построен акведук, по которому от Лиговского канала подавалась вода к фонтанам Летнего сада. В 1748-1749 году акведук был перестроен архитектором Ф. Б. Растрелли. Это инженерное сооружение было богато декорировано лепкой, что соответствовало стилю барокко, в котором создавал свои творения итальянский зодчий. После наводнения 1777 года, когда фонтаны в Летнем саду были разрушены, акведук разобрали. На его месте снова заработал лодочный перевоз.
Весной 1823 года на этом месте началось сооружение первого в России транспортного моста цепной системы. Такая конструкция была применена в Петербурге даже раньше, чем где-либо в Европе. Её проект разработал инженер В. К. Треттер. В строительстве ему помогал молодой инженер В. А. Христианович. Строительство моста стало развитием идей В. К. Треттера и В. А. Христиановича, разработанных при наведении пешеходного подвесного Почтамтского моста через Мойку. Переправа получила соответствующее название - Цепной мост.
Береговые устои Цепного моста были выполнены из гранита, который остался после разборки окружающих Михайловский замок каналов. Их сооружением занималась бригада мастера-каменотёса Самсона Суханова. Чугунные и кованые железные конструкции были выполнены на Чугунолитейном заводе Берда (ныне Адмиралтейский завод). Рабочие завода собрали все металлические части всего за 18 дней - рекордные сроки для того времени. Переправа была открыта 4 октября 1824 года. Своим одним пролётом длиной 43 метра она перекрывала всю ширину Фонтанки.
Цепной мост являлся ярким архитектурным сооружением, богато украшенным декоративными элементами. С инженерной точки зрения он не был совершенен. Мост раскачивался под действием вертикальных и горизонтальных сил. Такое раскачивание нравилось многим петербуржцам. Художница А. П. Остроумова-Лебедева это описывала следующим образом:
Она же писала:
В 1905 году разрушился Египетский мост, один из двух цепных мостов через Фонтанку. Использование в дальнейшем таких переправ было принято небезопасным. В результате все эти сооружения подверглись перестройке. Официальной причиной разборки Цепного моста стала необходимость прокладки здесь трамвайных путей. В 1906 году Цепной мост был разобран.
Новый мост был построен по проекту инженера А. И. Пшеницкого и архитектора Л. А. Ильина. Через Фонтанку была сооружена постоянная неразводная переправа. Руководил строительством инженер А. А. Рейнеко. Переправу назвали Пантелеймоновским мостом (по находящейся рядом Пантелеймоновской церкви). Трамвайные пути здесь так и не были проложены. Движение по Пантелеймоновскому мосту было открыто в 1908 году, отделка завершена в 1911 году.
А. П. Остроумова-Лебедева писала по этому поводу:
Первое время Пантелеймоновский мост обходился деревянными перилами. Первый проект металлического ограждения не удовлетворил Академию художеств. Комиссия охарактеризовала его так: «мотивы решеток скорее характера балконного, чем мостового". В 1910 году Л. А. Ильиным проект архитектурного оформления был переработан. Для вхождения моста в сложившийся ансамбль окружающих сооружений, архитектор выбрал оформление переправы схожее с оформлением Первого и Второго Инженерных мостов, ограды Летнего сада. По этому проекту Пантелеймоновский мост в итоге и был украшен.
Декоративные элементы оформления Пантелеймоновского моста были созданы на заводе "Карл Винклер", их окраску и позолоту завершили в июле 1914 года.
В 1915-1923 годах мост назывался Гангутским. С 1923 года - мостом Пестеля. Именем декабриста П. И. Пестеля были названы и переправа, и прилегающая к ней улица.
О количестве позолоты в декоре Пантелеймоновского моста может говорить её объём, использованный при реставрации в 1957 году: червонным золотом было покрыто 82,81 кв. м деталей. Тогда же были восстановлены утраченные торшеры. В 1984 году позолота была вновь обновлена.
В 1991 году Пантелеймоновскому мосту, в отличие от улицы, было возвращено историческое название. В 2000 году была создана художественная подсветка моста. Первоначальный проект предусматривал подсветку в том числе и перильных стоек. После кражи пяти прожекторов, подсвечивающих перильные стойки, от этого отказались. В 2002 году проходила капитальная реставрация сооружения. Во время этих работ в конструкциях Пантелеймоновского моста были заделаны пять сквозных отверстий времён блокады.
Длина Пантелеймоновского моста составляет 43 метра, ширина - 23,4 метра.
