Клубная карьера
Начинал карьеру в родном городе в клубе «Аэростар Бакэу», откуда в январе 2006 года в 18-летнем возрасте за 250 тысяч евро перешёл в «Политехника Тимишоара», где рассматривался в качестве запасного голкипера, не проведя в первом сезоне за новый клуб ни одного матча. В сезоне 2007/08 Пантилимон сыграл 4 полных матча и один раз вышел на замену в начале второго тайма в национальном чемпионате Румынии. В 5 сыгранных матчах он пропустил всего 2 мяча, что позволило ему в сезоне 2008/09 стать основным вратарем клуба, принять участие в Кубке УЕФА и получить вызов в сборную Румынии. В следующем сезоне Пантилимон провел в национальной лиге на 10 матчей меньше, чем в предыдущем, однако дебютировал в квалификации к Лиге чемпионов, из 4-х матчей два отыграв на ноль. Также провел 5 из 6 матчей в групповой стадии Лиги Европы. В сезоне 2010/11 сыграл 26 матчей в национальной лиге и 3 матча в квалификации Лиги Европы, два из которых были против «Манчестер Сити», куда Пантилимон и перешёл в начале августа 2011 года на правах годичной аренды. По слухам, вратарем сборной Румынии интересовались лондонский «Арсенал» и миланский «Интер», но «горожане» предложили лучшие условия соглашения.

16 июня 2014 года на правах свободного агента перешёл в «Сандерленд». После двух лет в «Сандерленде» Пантилимон на правах свободного агента перешёл в клуб «Уотфорд».