Originou-se na sesmaria concedida a Martim Correa de Sá em 1714, na região do vale do Rio Paraíba, hoje Vassouras. Na década de 1740, as terras passaram para as mãos da família Ribeiro de Avellar, posteriormente desmembradas em outras propriedades, até o século XIX. Pau Grande ficava às margens do caminho novo para as minas, o que propiciou o início da ocupação e desenvolvimento daquela região, desde fins do XVII. A fazenda, já na década de 1790, prosperava como engenho de açúcar, sua principal atividade, mas também se dedicava à agricultura de abastecimento. Produzia feijão, milho, tabaco, farinha, fubá e possuía criações de gado e porcos. No início do oitocentos, era um dos maiores e mais prósperos engenhos de açúcar da província fluminense. Depois da morte de Antônio Ribeiro de Avellar, as terras da família se desmembraram nas fazendas Pau Grande, Ubá, Guaribu, entre outras, mas permaneceram na família, tornando-se, ao mesmo tempo, fonte geradora de renda e moradia, dedicadas, quase exclusivamente, à produção do açúcar e de aguardente. Foi um dos primeiros engenhos movidos à água no Brasil, projetado por um engenheiro enviado pelo marquês de Pombal. O botânico Saint-Hilaire encontrou as terras de Pau Grande na primeira de suas viagens às minas e a qualificou como o “engenho de açúcar mais importante que vi[u] no Brasil”: “após ter percorrido uma região onde apenas de longe em longe se descobrem alguns vestígios da mão do homem, é admirável avistar de repente um edifício imenso, rodeado de vastas usinas”. Descreveu a casa grande como um prédio de dois andares, com mais de 15 janelas frontais em vidro e ferro, e certo luxo na decoração para o padrão das fazendas da época. A partir dos anos 1830-1840, Pau Grande passou a produzir café, tornando-se umas as pioneiras e das maiores no auge da riqueza do Vale do Paraíba fluminense, perdurando até a década de 1860, ainda pertencente aos Ribeiro de Avellar.