Деревянный мост, который находился на этом месте не имел названия. Цепной мост назывался по своей конструкции. После разборки и перестройки название Пантелеймоновский мост, так же как и прилегающая к нему улица получил по стоящей поблизости Пантелеймоновской церкви.

В 1923 году и мост, и улица был переименованы в честь декабриста П. И. Пестеля. Когда-то он жил по адресу набережная реки Фонтанки, дом № 24, неподалёку от моста. А уже в 1991 году мосту возвратили прежнее название.Пантелеймоновский мост не только назван по находящейся недалеко церкви святого Пантелеймона-целителя, но и считается, что Святой великомученик является божественным покровителем этого строения.

С западной стороны, с той где мост опирается на остров Летний Сад, он одним углом примыкает к решётке Летнего сада, а другим — к Первому Инженерному мосту у Михайловского замка. В месте соединения мостов находится памятник Чижику-Пыжику.