Senasis Toliūnų vandens malūnas minimas jau 1857 m. Jis stovėjo Toliūnų dvare. Medinis vandens malūnas stovėjo Lėvens pakrantėje, turėjo tik vienas girnas. 1905 m. senasis Toliūnų vandens malūnas sudegė. Spėjama, kad gaisrą sukėlė senuose įrenginiuose tekėjęs tepalas. 1908 m. Toliūnų dvarą nupirko K. Balcevičius. 1908 m. pradėtas statyti naujas, mūrinis Toliūnų vandens malūnas.

Naujasis malūnas turėjo tris aukštus. Viršutiniame - dvejos girnos ir valsčiai. Apatiniame - įtaisai miltams, kruopoms išbyrėti į maišus. Vakarinėje dalyje įrengtos gyvenamosios patalpos - trys kambariai ir virtuvė. Girnos buvo naudojamos duoniniams miltams, pikliavimui, kruopoms. Toliūnų malūnas garsėjo gerais valcais - mašina, turinčia du priešingomis kryptimis besisukančius velenus, skirtingais greičiais. Pradžioje malūne buvo porcelianiniai velenai, bet šie buvę nepatvarūs - subyrėjo. Pakeisti metaliniais. Visus malūno įrengimus, įvairias mašinas nupirko Toliūnų dvaro šeimininkas K. Balcevičius. Juos sumontavo ir paruošė darbui iš Latvijos pakviesti inžinieriai. Apie 1916-1917 m. Toliūnų dvare ir malūne šeimininkavo vokiečiai. Pasitraukus jiems, sugrįžo buvęs šio malūno ir dvaro savininkas. Dvaro turtas, po vokiečių invazijos, buvo išgrobstytas, tad malūną buvo nuspręsta parduoti. Malūną nupirko Pakruojo ir Žeimelio žydai, kurie čia negyveno, o samdė vietinius darbininkus. 1927 m. malūną pardavė iš JAV atvykusiai poniai Agnieškai Jasukevičienei. Ponios iniciatyva malūno vakarų pusėje, antrame aukšte, veikė vilnų karšykla. Čia stovėjo dvi naujos mašinos: viena jų kedeno vilnas, kita - gamino knatus. Tuo laiku Toliūnų vandens malūnas buvo tvarkingas, plačiai žinomas ne tik kaimyniniuose kaimuose. Grūdų susimalti žmonės atvažiuodavo net iš Panevėžio. Kelerius metus nemažą pelną davė ir vilnų karšykla. Iš Joniškėlio atvežtos dvi naujos mašinos, tvarkingai prižiūrimos, tenkino vietinių kaimo ūkininkų poreikius, bet vėliau pasidarė nuostolinga, ir šio verslo buvo atsisakyta.

Pastačius užtvanką, vandens energija paversta sukamąja. Buvo naudojamas sukamasis ratas, vanduo paduodamas ant rato viršaus, pripildydavo rate esančius lovelius. Ratas, vandens veikiamas, sukosi ir suko viduje esančias mašinas. Vėliau Toliūnų malūne imta naudotis turbina.