Bereits im frühen 17. Jahrhundert sind in der wasserreichen Gegend von Operndorf Getreide- und Ölmühlen, sowie Sägemühlen nachgewiesen.

Die Operndorfer Mühle selbst wurde erstmals 1758 urkundlich erwähnt.
Ursprünglich nur aus dem Haupthaus bestehend, welches neben Mahlstube, Mehlkammer, Vorratsräumen und Küche auch die Schlaf- und Wohnräume des Müllers und seiner Knappen enthilet, würde sie bereits um 1798 um Stallungen und zwei kleinere Nebengebäude erweitert.

1850 vernichtete ein Feuer große Teile der Mühlenanlage. In den folgenden Jahren wurden die beschädigten Gebäude wieder aufgebaut und 1854 erneut in Betrieb genommen. Der Ruf der Operndorfer Mühle war so herausragend, dass aus der näheren und ferneren Umgebung Mahlgut gebracht wurde. Die Anlage wurde um mehrere Wirtschaftsgebäude erweitert.
1896 wurde in einem Nebengebäude eine kleine Backstube eingerichtet.
Mit mehr als 50 Mitarbeitern galt die Operndorfer Mühle Anfang des 20. Jahrhunderts als einer der größten mittelständischen Betriebe der Region.

Während des 2. Weltkriegs ruhte der Mühlenbetrieb. 1940 - 1948 wurde das Gebäude als Kinderheim genutzt, welches 1949 die Räumlichkeiten der Alten Kaserne an der nördlichen Peripherie Operndorfs bezog.

Nach einem mehrjährigen Leerstand und einer gründlichen Restaurierung wurde die Operndorfer Mühle 1960 wieder eröffnet.