Wielki Młyn wzniesiony został w 1350 roku przez krzyżaków. 4 lutego 1454 roku opanowali go gdańszczanie należący do sprzysiężenia antykrzyżackiego (Związek Pruski), co było początkiem powstania przeciw zwierzchnictwu Zakonu. W przywileju wydanym w Elblągu, król Kazimierz Jagiellończyk przekazał młyn gdańszczanom.

Młyn napędzało 18 kół wodnych. W 1836 roku młyn wydzierżawił radca Jakub Witt, który jedną stronę młyna zmodernizował do produkcji mąki na wzór amerykański, poprzez m.in. zamontowanie w nim taśmociągu. W 1880 roku młyn wyposażono w napęd turbinowy (turbiny wodne). Napęd ten został zniszczony w 1945 roku. W wyniku zniszczeń młyn przestał funkcjonować w tym samym roku. Jeszcze do czasów rozpoczęcia wojny, młyn był w stanie produkować do 200 ton mąki dziennie. W latach 60. młyn odbudowano, z przeznaczeniem na dom kultury Stoczni Gdańskiej, której to funkcji jednak nie pełnił. Obiekt wykorzystywano dla różnorodnych celów: organizowano w nim wystawy, wykorzystywano na cele magazynowe, dyskoteki, miejsce spektakli teatralnych czy targów branży stoczniowej.
Do 1992 roku działały w nim Pewex i salon gier. W 1993 roku zakończono adaptację młyna na dom handlowy.

Młyn powstał na sztucznej wysepce (obecna nazwa - Wyspa Młyńska), utworzonej przez rozwidlenie Kanału Raduni. Obiekt o wysokości 26 m, szerokości 26 m i długości 41 m posiadał 18 kół wodnych o średnicy 5 metrów, po 9 na dłuższej ścianie młyna. Nad ustawionymi w dwóch kondygnacjach żarnami mieściło się sześć kondygnacji spichrzowych. Co szesnasty worek mielonego zboża przypadał miastu jako danina. W przypadku oblężenia miasta i odcięcia dopływu wody, używano zapasowych żaren napędzanych końmi.

Od lat 90. XX wieku do września 2016 roku w Wielkim Młynie funkcjonowało centrum handlowe. W grudniu 2016 roku młyn przekazano na potrzeby pobliskiego Muzeum Bursztynu w Gdańsku, z trudem mieszczącego się w swojej siedzibie w Zespole Przedbramia.

21 listopada 2018 roku Muzeum Gdańska podpisało umowę na wykonanie pierwszego etapu prac adaptacyjnych Wielkiego Młyna na Muzeum Bursztynu. Do końca 2020 roku zrealizowano m.in.: wymianę dachu, wyburzono ściany działowe, usunięto przepierzenia po dawnych boksach handlowych, usunięto stare instalacje, wymieniono stolarkę w oknach i drzwiach.

W czasie prac adaptacyjnych, w 2020 roku odkryto dwa fragmenty kamiennego żarna, które służyło do przemiału zboża w mąkę, a podczas przebudowy na centrum handlowe celowo zostały uszkodzone w celu montażu instalacji elektrycznej.
Odnaleziono także historyczne podpisy, będące odpowiednikami współczesnych grafitti.

8 sierpnia 2014 roku przy Wielkim Młynie uruchomiono fontannę z wielobarwną iluminacją nocną. Forma nawiązuje do kaskad wodnych tworzonych przy Wielkim Młynie przez Kanał Raduni. Fontanna jako pierwsza w Polsce wykorzystuje system cienkiego lustra wody, w którym odbija się otoczenie.