Dzirnavas Raunā pastāvējušas jau kopš 16. gadsimta un redzamas šī laika Raunas kartēs. No 19. gadsimta vidus līdz 20. gadsimta sākumam dzirnavas piederēja Raunas pilsmuižas īpašniekiem fon Vulfu dzimtai. Sākotnēji dzirnavu aizsprosts bijis no koka, bet 19. gadsimta beigās pie dzirnavām ierīkoja upes aizsprostu ar trim sliekšņiem. Šim notikumam par godu izkalta plāksne, kas šodien atrodama iebetonēta Raunas dzirnavu aizsprosta malā. Uz plāksnes lasāmi Raunas muižas īpašnieka, Raunas muižas nomnieka un dzirnavnieka vārdi, kā arī 3 pakāpju aizsprosta izveides gads: “Emil Wulf/G.Loewen/J.Seewald/1887”.
Līdz pat 20. gadsimta sākumam dzirnavas darbināja ar vismaz diviem ūdensratiem, kas vēlāk tika nomainīti pret tvaika darbināmu mehānismu. Šajā laikā dzirnavās bija divi miltu gaņģi, vilnas kāršanas un vērpšanas iekārtas, kā arī bija iespējams veikt vadmalas krāsošanu, velšanu un apšķērēšanu. Dzirnavās bija iekārtota arī neliela kokzāģētava. Pirmā pasaules kara laikā un līdz 1921. gadam dzirnavas nomāja privāts uzņēmējs Konrads, kura laikā dzirnavas tika saimnieciski nolaistas un pārstāja darboties.
Agrārās reformas rezultātā 1921. gada novembrī Raunas ūdensdzirnavas savā īpašumā ieguva Raunas Lauksaimniecības biedrība, kas uzsāka dzirnavu pārbūvi un kļuva par vienu no pagasta lielākajiem rūpniecības uzņēmumiem. 20. gadsimta 20. – 30. gados dzirnavās darbojās divi smalkmalšanas, viens putraimu un viens bīdeļgaņģis, tāpat arī vilnas kāršanas un vērpšanas mašīnas.
1941. – 1942. gadā dzirnavās uzstādīja sūcgāzes motoru, aizstājot novecojušās tvaika mašīnas. Padomju gados dzirnavās saimniekoja kolhozs “Sarkanais Oktobris”. Šajā laikā dzirnavās ar elektromotoru darbināja vairs tikai vienu miltu gaņģi, grūbotāju un putraimi skaldītāju lopbarības sagatavošanai, kā arī bija iespējams izspiest ābolu sulu. 1968. gadā tika saremontētas dzirnavu slūžas, kas vēlāk, 1984. gada pavasarī, smagi cieta plūdos. Dzirnavdīķa teritorija tika labiekārota un kļuva par iecienītu atpūtas vietu gan raunēniešiem, gan viesiem.
Šodien dzirnavas ir valsts nozīmes arhitektūras piemineklis ar nosaukumu “Raunas ūdensdzirnavas”, kas pieder privātam uzņēmējam.