Desde 1381 hasta 1785 el riego del término de Velilla se realizó mediante el agua derivada del azud de Gelsa hacia la acequia de boquera, según sabemos gracias a una concordia de 1381 en la que los habitantes de ambos pueblos se comprometían a mantener conjuntamente el azud y las infraestructuras de riego. El acuerdo fue ratificado a comienzos del siglo XVII por los nuevos pobladores instalados en ambas localidades tras la expulsión de los moriscos.

Tampoco existía ningún molino en la localidad, cuyos vecinos estaban obligados a moler en el de Gelsa, propiedad de los condes de Atarés, titulares de la baronía de Quinto.

A raíz de la destrucción del azud que compartían Gelsa y Velilla a causa de una riada sobrevenida en 1775, y su largo proceso de reconstrucción en los años siguientes, el concejo de Velilla eleva en 1779 una solicitud al Consejo Real para construir un azud y dos norias, según proyecto de obra presentado por Joaquín Vallés. Pese a la oposición del conde de Atarés y la negativa inicial del Consejo Real a conceder su autorización, la obra debió de realizarse poco tiempo después.

En 1878 se reedifica el molino, en el mismo lugar donde se encontraría el antiguo, que debía de ser contemporáneo del norial.

El norial estuvo en funcionamiento hasta 1962, manteniendo en activo una de las dos norias, que había sido reemplazada en 1950. Fue el último norial tradicional que funcionó en el Ebro.

En 2010-2011 una parte del conjunto ha sido restaurada, bajo la dirección del arquitecto Javier Ibargüen. Se ha rehabilitado y parcialmente reconstruido el norial, donde se han instalado dos norias. Asimismo se ha restaurado el molino, donde está previsto instalar la oficina de la comunidad de regantes y un espacio expositivo.