Δεν είναι γνωστό πότε κτίσθηκε το μοναστήρι του Αγίου Παντελεήμονος στη Μύρτου. Σύμφωνα με τον Ρώσο μοναχό Βασίλι Μπάρσκυ, που το επισκέφθηκε το 1735, το μοναστήρι είχε ιδρυθεί πρόσφατα. Αρχικά υπήρχε στη Μύρτου μικρή ενοριακή εκκλησία, την οποία οι κάτοικοι κατεδάφισαν και έκτισαν μεγάλη εκκλησία με στοά στη νότια πλευρά το 1710. Αργότερα πρόσθεσαν τρία-τέσσερα κελιά και εγκατέστησαν ηγούμενο και τρεις μοναχούς. Λίγα χρόνια μετά την επίσκεψη του Μπάρσκυ φαίνεται ότι το μοναστήρι του Αγίου Παντελεήμονος επεκτάθηκε, ίσως επί μητροπολίτου Κερύνειας Χρυσάνθου (1765-1783) που εικονίζεται γονυπετής στην κάτω αριστερή γωνία εικόνας του αγίου Παντελεήμονος που χρονολογείται στα 1770. Τότε κτίσθηκαν τα διώροφα μοναστηριακά κτίρια σε μορφή Γ με επάλληλες τοξοστοιχίες και το μοναστήρι περιτοιχίσθηκε και έγινε έδρα του μητροπολίτη Κερύνειας. Έκτοτε το μοναστήρι αντί ηγούμενο είχε προϊστάμενο με τον τίτλο του επιστάτη. Ο μητροπολίτης Κερύνειας εξακολούθησε να μένει στο μοναστήρι του Αγίου Παντελεήμονος μέχρι τις αρχές του 20ού αιώνα.
Το μοναστήρι του Αγίου Παντελεήμονος δεν ήταν ποτέ πολυάνθρωπο. Ο Φίλιππος Γεωργίου στο έργο του Εἰδήσεις Ἱστορικαί περί τῆς Ἐκκλησίας τῆς Κύπρου που εκδόθηκε στην Αθήνα το 1875, αναφέρει ότι το μοναστήρι είχε τότε 8 μοναχούς. Στα τέλη του 19ου αιώνα οι μοναχοί αυξήθηκαν σε 12.
Το μοναστήρι γιόρταζε στις 27 Ιουλίου, ημέρα κατά την οποία η Εκκλησία τιμά τη μνήμη του αγίου μεγαλομάρτυρα Παντελεήμονος. Ο μεγάλος ναός του μοναστηριού είναι δίκλιτος. Τον κυρίως ναό αποτελεί το βόρειο και πλατύτερο κλίτος, ενώ το νότιο είναι πολύ μικρότερο σε πλάτος. Τα δύο κλίτη χωρίζονται από μία σειρά από καμάρες.
Η φήμη των θαυμάτων του αγίου Παντελεήμονος έκαμε το μοναστήρι του μεγάλο προσκυνηματικό κέντρο όχι μόνο της Κύπρου αλλά και της Μικράς Ασίας. Μέχρι το 1900 εκατοντάδες προσκυνητές από τις νότιες πόλεις της Μικράς Ασίας, Αλλαγία και Αττάλεια, κατέφθαναν στο μοναστήρι και συνέχιζαν το προσκύνημά τους στον Λαμπαδιστή και τον Κύκκο, και άφηναν στους τοίχους των κελιών και της εκκλησίας γραπτά ενθυμήματα της επίσκεψής τους. Όπως ήταν επόμενο, πολλά δώρα γέμισαν την εκκλησία του Αγίου Παντελεήμονος. Δυο εικόνες του αγίου αργυροκοσμήθηκαν το 1763 και το 1798. Ασημένια αρτοφόρια και λιβανοθήκες περικόσμητες και ασημένιοι σταυροί και καντήλια υπήρχαν πολλά στην εκκλησία χρονολογούμενα στον 18ο και τον 19ο αιώνα. Είναι άγνωστο τι απέγιναν μετά την τουρκική εισβολή.
Γνωρίζουμε ωστόσο ότι μετά το 1974 το μοναστήρι έγινε στρατόπεδο μονάδας του τουρκικού στρατού κατοχής και χρησιμοποιήθηκε από τον τουρκικό στρατό για πολλά χρόνια. Από το ναό εξαφανίστηκαν το εικονοστάσι, οι εικόνες και κάθε τι άλλο. Σταδιακά τόσο ο ναός όσο και τα εντυπωσιακά του διώροφα μοναστηριακά οικοδομήματα ερειπώθηκαν και κατέστησαν ετοιμόρροπα και επικίνδυνα. Ο τουρκικός στρατός εγκατέλειψε γι’ αυτό το λόγο το μοναστήρι, που περιήλθε σε κατάσταση πλήρους ερήμωσης.
Το έτος 2016, ύστερα από σχετική συμφωνία, πάρθηκε η απόφαση όπως τόσο ο ναός όσο και τα λοιπά μοναστηριακά οικοδομήματα επιδιορθωθουν και συντηρηθούν. Η Τεχνική Επιτροπή για την Πολιτιστική Κληρονομιά έχει προχωρήσει στη βασική συντήρηση και καθαρισμό της εκκλησίας, οι εργασίες της οποία ολοκληρώθηκαν στις 29 Σεπτεμβρίου 2022.