Der Name „Pelzmühle“ leitet sich wahrscheinlich vom früheren Besitzer George Bilz (Pilz) her, der die verlassene Mühle 1679 erwarb. Sie wurde früher auch „Oneritzmühle“ genannt (weil am Unritzbach gelegen). George Bilz errichtete hier eine Mahl- und Holzschneidemühle. Unter wechselnden Besitzern kamen später zur Mahlmühle noch eine Brotbäckerei und eine Schenke hinzu. Nach 1858 wurde aus der kleinen Schenke ein Tanzlokal mit Gartenrestaurant.

Die neuen Besitzer Arthur und Malchen Peter bauten die Pelzmühle nach 1889 zu einer der bekanntesten Ausflugsgaststätten in der Chemnitzer Umgebung aus. Hierzu gehörte später auch ein kleiner Zoo. Der vorhandene Gondelbetrieb auf dem Pelzmühlenteich wurde im 19. Jahrhundert durch ein kleines Dampfboot ergänzt, das seinerzeit in der Region eine Sensation darstellte. Nach 1945 war die Pelzmühle von der sowjetischen Besatzungsmacht und der Wismut belegt.

1964 wurde auf dem Gelände der Pelzmühle ein Tierpark errichtet. 1999 kaufte die GGG die Pelzmühle. Im Ergebnis eines noch im selben Jahr durchgeführten Architektenwettbewerbes ging der Chemnitzer Architekt Peter Koch als Sieger hervorging. In den Folgejahren erfolgte die vollständige Neuerrichtung der Pelzmühle einschließlich der Gestaltung der Außenanlagen. Konzeptionell stand die Ausrichtung als Ausflugsgaststätte sowie eine vielfältige Nutzung als Veranstaltungsstätte im Fokus. Von dem ursprünglich geplanten Erhalt von Teilen des historischen Gebäudes musste aufgrund des desolaten Zustandes Abstand genommen werden.

Am 14. Dezember 2001 eröffnete die GGG die neue Pelzmühle und machte sie damit wieder der Öffentlichkeit als beliebtes Ausflugsziel zugänglich.