Holleben war schon vor über 1.000 Jahren ein bedeutendes Dorf, wovon man heute nicht mehr viel spürt, da sich seine Lage grundlegend geändert hat. Früher war es ein wichtiger Ort an der Strecke Halle-Merseburg, da es damals südlich von Halle noch keine Elster-/Saalebrücken gab, und konnte von Wegezoll und ähnlichen Abgaben profitieren. Auch nachdem die Brücke von Beesen entstanden war, blieb das Dorf ein wichtiger Verkehrsort, da die häufigen Hochwasser der Saale-Elster-Aue den Weg über Beesen teils mehrfach im Jahr unpassierbar machten. Holleben lag hingegen etwas günstiger, war nur bei extremen Hochwassern betroffen, weshalb es auch zum Holzlagerplatz auserkohren wurde. Bereits im späten neunten Jahrhundert wird eine fränkische Burg in Holleben erwähnt.
Ob die Wassermühle aus dieser Burg entstand, ist nicht zu erweisen, daher ist es wahrscheinlicher, dass sie vom Kloster Rossleben gegründet wurde, da diesem im Jahr 1177 Kirche und Mühle in Holleben gehörten. Beide befinden sich am Mühlgraben, der sie von dem Burggelände trennt. Durch Anteilverkäufe gelangte sie im 15. Jahrhundert in den Besitz des Hochstifts Merseburg, wo sie wohl auch nach der Reformation verblieb, denn noch im frühen 19. Jahrhundert wird sie als „stiftsherrliche Mühle“ bezeichnet. Die Bezeichnung als „Königliche Mühle“ kommt also erst mit der preußischen Zeit auf, in der sie wahrscheinlich in den Besitz des Fiskus überging. Damals war es eine Mahlmühle mit sieben Mahlgängen, einer Ölmühle, 10 Stampfen, einer Schneidemühle und einer Branntweinbrennerei. Das erklärt auch die verschiedenen Gebäude.
Im Saalekreis gibt es zahlreiche noch erhaltene Mühlgebäude, doch sind sie teilweise, besonders bei den einstigen Wassermühlen, gar nicht mehr als solche zu erkennen. In Holleben hingegen ist es nicht nur so, dass der gesamte Geböudekomplex samt Mühlgraben erhalten ist, sondern die Mühle ist wieder in Betrieb und klappert und rumpelt fleißig vor sich hin. Das Wasser des Mühlgrabens fließt dennoch zumeist ruhig dahin. Die große Bedeutung der Mühle auch über das Mittelalter hinaus wird durch eine Inschrifttafel von 1618 und einen Wappenstein verdeutlicht.
Wenngleich der Erhalt eines so umfassenden Gebäudekomplexes in der heutigen Zeit besonders schwierig geworden ist, und der Zahn der Zeit sichtbare Spuren hinterlassen hat, so geht von dem Areal doch ein ganz eigener Zauber aus, der zum Verweilen am Wasser einlädt. In den Gebäuden befindet sich auch eine Einkaufsmöglichkeit. Man vermutet, dass der Mühle von dem Merseburger Baumeister Johann Michael Hoppenhaupt I. (1685-1751) zirka im Jahr 1730 das heutige Aussehen verliehen wurde.