Die Große Mittweida ist ein rechter Nebenfluss des Schwarzwassers. Die Quelle liegt im Fichtelberggebiet ca. 300 m südwestlich vom Gipfel. Sie fließt anfänglich nach Westen und dann nach Norden, parallel zur Zschopau. Nach 12 km mündet die Kleine Mittweida in sie und ergießt sich in das Unterbecken des Pumpspeicher-Kraftwerk in Markersbach. Der Großteil der Siedlung Obermittweida wurde an dieser Stelle wegen des Talsperrenbaus abgerissen. Im weiteren Verlauf fließt die Große Mittweida durch die Dörfer Markersbach, Raschau, Mittweida, Grünstädtel und Wildenau im Westerzgebirge.
Die Wasserkraft wurde für die Holzbearbeitung, insbesondere die Holzschleiferei und durch Mühlen intensiv genutzt. Bei Schwarzenberg mündet sie in das Schwarzwasser.
Am 12. und 13. August 2002 wurde bei einem maximalen Zulauf von 36 m³/s die Abgabe aus dem Unterbecken auf 10 m³/s durch den Betreiber die Vattenfall AG begrenzt. Mehrere Mio. m³ wurden im Oberbecken gepuffert. Das hohe eingegangene Risiko schützte die Orte Markersbach und Raschau vor schweren Überschwemmungen und Schäden.