Nykyisen harmaakivisen myllyn rakennutti vuonna 1806 Nautelan silloinen omistaja, entinen maaherra Ernst Gustaf von Willebrand. Perimätiedon mukaan tilan edellinen mylly sortui koskeen. Kirjallisissakin lähteissä kerrotaan vanhan puurakenteisen myllyn olleen "lahonneen ja rappiolla". Nautelan mylly oli tyypiltään tullimylly: siellä jauhettiin maksua eli tullia vastaan lähiseudun talonpoikien viljaa, ja myllyn tuloista taas valtio vei veroina oman osansa. Nautelan mylly oli 1900-luvulle tultaessa kihlakunnan kuudenneksi suurin ja keräsi asiakkaita kaukaa naapuripitäjistäkin.

1800-luvun alun talollista kohtasi myllymatkallaan Nautelankoskella toisenlainen näky kuin nykypäivän kulkijaa. Vaikka myllyn vankat kiviseinät ovat yhä paikallaan, on rakennus muuten muuttanut paljonkin muotoaan vuosisatojen saatossa. Silloisen palovakuutus-kirjan mukaan kivilohkareista muuratut seinät olivat aluksi kokonaan valkoiseksi kalkitut, ja rakennuksen katteena oli kaksinkertainen punaiseksi maalattu lautakatto. Myllyn edustalla maanpinta oli melkein kaksi metriä alempana kuin nykyään ja pääsisäänkäynti meni suoraan alakertaan.

Nautelan mylly oli alusta lähtien varsin suuri ja toiminnoiltaan monipuolinen. Viisi vesi-ratasta pyöritti ryynitamppia ja neljää kiviparia. Lisäksi oli omalla rattaallaan toimiva veran-vanutusvalkki. Mylläri asusti omassa kamarissaan rakennuksen yläpäädyssä. Vuosi-kymmenten ja -satojen kuluessa myllyä uudistettiin moneen kertaan. Vesirattaat vaihtuivat turbiineiksi ja uusia ajanmukaisia laitteita hankittiin. Toimintaa laajennettiin 1800-luvun lopulla rakentamalla pärehöylä ja saha, joka sijaitsi myllyn eteläpuolella. Saha uusittiin täysin 1920-luvulla ja sen toiminta jatkui 1950-luvulle saakka.

Myllyn uudeksi voimanlähteeksi vesirattaiden tilalle asennettiin 1800- ja 1900-lukujen vaihteessa turbiini, joka pystyi paremmin hyödyntämään veden voimaa. Myllyssä oli 1800-luvun lopulla neljän jauhatuskiviparin lisäksi kuorimakivet, luunjauhatuskivet ja yksi kivipari, jolla erotettiin jyvät elonkorjuun jälkeen poimituista tähkistä. Luunjauhatustila oli eristetty muusta myllystä luujauhoista lähteneen pahan hajun vuoksi. Lannoitteena käytettyä luujauhoa tehtiin vuoteen 1918 asti, jolloin sen valmistaminen kiellettiin terveydellisistä syistä.

Aurajoen suurimmasta koskesta riitti voimaa pyörittämään paitsi myllyn lukuisia laitteita myös sen vieressä sijaitsevan sahan koneita. Kaikki nämä saivat voimansa hihnojen ja rattaitten välityksellä samasta pääakselista, joka kulki myllyrakennuksen läpi ja jatkoi siitä vielä ulos sahalle.

Betonisäiliön suojassa sijaitsevat edelleen myllyn voimanlähteet, kaksi turbiinia. Valurautaiset 60 hevosvoiman turbiinit eivät olleet kooltaan kovinkaan suuria, mutta sitäkin tehokkaampia. Veden kulku koskessa ei entisaikaan ennen soiden ojittamista vaihdellut niin paljon kuin nykyään ja vesivoimaa riitti pitkään ympäri vuoden. Sodan jälkeen 1940-luvun lopulla katsottiin kuitenkin tarpeelliseksi hankkia myllyyn vielä apuvoimaksi sähkömoottori, joka liitettiin suoraan pääakseliin.

Turbiinin etuja vanhaan vesirattaaseen nähden oli tehokkuus, kestävyys ja tasainen käynti vedenvaihtelusta huolimatta. Veden mukana kulkevat kivet ja oksat saattoivat kuitenkin vaurioittaa koneistoa, joten niiden vesiuoman edessä olivat siivilät (ritilät, välpät?), jotka estivät roskien pääsyn turbiinikammioon.

Veden tuloa myllyyn pystyttiin säätelemään koskessa myllyn yläpuolella olevien kolmen sulkuluukkuparin avulla. Yksi näistä sääteli myllylle vievää ja toinen sen ohi kulkevaa uomaa. Runsaan veden aikana turbiineihin syöksyvän veden määrää saattoi vielä vähentää avaamalla myllyrakennuksen vieressä olevaa tulvaluukkua.

Nautelan myllyn toiminta alkoi hiipua toisen maailmansodan jälkeisinä vuosina ja lakkasi kokonaan 1960-luvun alussa, jolloin suuret tuotantolaitokset ja muuttunut lainsäädäntö veivät pienten myllyjen toimintaedellytykset. Nautelan mylly vaipui hiljaisuuteen ja unohduksiin vuosikymmeniksi. Myllärien tyhjiksi jääneet asumukset pihapiireineen purettiin ja itse myllyrakennuskin alkoi rappeutua.

Hiljaiseloa kesti Nautelankoskella 1980-luvun loppuun saakka, jolloin vanhaa myllyä alettiin vähitellen entisöidä. Tänään se on jälleen toimintakunnossa. Yksi vanhoista kivipareista jauhaa viljaa, ja nykyään mylly jauhaa myös sähköä koko museolle; voimansa se ottaa koskesta uusittujen turbiinien avulla.