Erste Erwähnung
Eine Mühle wird an dieser Stelle der Düssel das erste Mal im Jahr 1387 in einem Zehntregister des Stiftes Kaiserswerth als „Moelen im Winkel“ erwähnt. Sie gehörte ursprünglich zum gleichnamigen Gut Winkel, das oberhalb des Tales gelegen ist. Weitere Nennungen sind aus den Jahren 1487, 1488 und 1547 überliefert.
Mühle bis 1873
Die zum Gut Winkel gehörigen Ländereien und Gebäude waren 1672/73 auf mehrere Besitzer aufgeteilt. Demnach gehörte die Mühle zum „Hoff im Winckel“. Das Wohngebäude war offensichtlich zu diesem Zeitpunkt abgebrannt.
Um 1700 war die Mühle in den Besitz des Kurfürstlichen Geheimen Rats Caspar Caspers und seiner Frau übergegangen. 1738 wird ein Gottfried Schorn als Pächter der Mühle genannt.
Ende des 18. Jahrhunderts war der Mühlenbetrieb, wie er Jahrhunderte bestanden hatte, nicht mehr rentabel. Henrich Joseph Nilgens, der Schwiegersohn der letzten Mühlenbesitzerin Gertrud Schorn, verschuldete sich 1795 und setzte die Mühle als Sicherheit ein, mit der allerdings kein Gewinn mehr erwirtschaftet werden konnte. Im Januar 1802 ersteigerte Adolf Köttgen mit seinem Sohn die Mühle und geriet ebenfalls in den Sog dieser Schuldverschreibung, ehe er die Mühle noch einmal retten konnte. 1873 endete der Mühlenbetrieb für immer.
Neue Nutzung: Ausflugsziel und Naturfreibad
Um 1900 wurde die Winkelsmühle ein Ausflugsort für vor allem Wochenendgäste aus den umliegenden Städten. Hier konnte man z. B. Kahnfahren auf dem ehemaligen Mühlenteich, in dem auch Forellen gezüchtet wurden, die wiederum in der Gaststätte zum Verzehr angeboten wurden. Direkt am Teich entstand ein neues Gebäude mit einem entsprechenden Gesellschaftsraum.
Der alte Mühlenteich wurde zwischen 1935 und 1956 als Naturfreibad genutzt. Den Besuchern standen zwei große Becken (20 x 50 Meter) sowie Liegewiesen und Umkleideräume zur Verfügung. Angeblich konnten gleichzeitig bis zu 3.000 Besucher die Anlage nutzen.
Naherholungsgebiet Winkelsmühle
Nach einem Dachstuhlbrand am 15. März 1971 mit schweren Schäden am Mühlengebäude ging der gesamte Komplex an den Zweckverband Erholungsgebiet Neandertal über, der die Gebäude des Ausflugslokals, des Schwimmbades und der Umkleidekabinen abreißen ließ, das Mühlengebäude restaurierte und das gesamte Gelände für die Öffentlichkeit als Naherholungsgebiet zugänglich machte.