Das Abteufen der ersten Schächte war mit den damals schwer zu handhabenden Wasserzuflüssen verbunden. Beim Schacht 1 dauerte es elf Jahre bis zur ersten Förderung von Kohle. Die späteren Schächte machte weniger Probleme. Nach der Aufnahme der Förderung 1872 kamen Sicherheitsauflagen des Bergamts. Ein zweiter Schacht als Rettungsweg wurde verbindlich und wie bei vielen anderen Anlagenkam es 1886 zum Durchschlag mit der Zeche Nordstern, die dasselbe Problem hatte. Nach den Scheinkonjunktur durch den deutsch/französichen Krieg fehlte das Kapital für eigene Schächte. Erst 1894 begann das Teufen von Schacht 2. Mit der sich langsam erholenden Konjunktur begann der Ausbau der Zeche, die jetzt auch eine Kokerei baute. Der Essener Stadtteil Karnap wuchs gleichzeitig durch den Bau einer großen Zechenkolonie, die bis heute erhalten ist und zu den "Schmuckstücken" gehört. Problematisch sind allerdings die Bergsenkungen durch den Kohleabbau. Hier liegt die Emscher heute mehrere Meter über Niveau.
Der Schacht 5 wurde als Hauptförderschacht 1922 abgeteuft (später übernahm er auch die Kohle dir Anlage 3/4. Dazu wurde ab zur Turmförderanlage umgebaut und ging 1953 neu in Betrieb. Mit 73 m Höhe in Stahlfachwerk ausgeführt war er bis zum Abriss die Landmarke in Essen-Karnap. Bei der Inbetriebnahme hatte er die weltweit stärkste Fördermaschine mit einer Leistung von 10000 kW. Reaktiviert wurde der Schacht noch einmal für die Wasserhaltung, als ab 1989 die Restkohlen im Bereich Essen-Nord, Bottrop und Gladbeck von Nordstern aus abgebaut wurden. Zur Zentralwasserhaltung auf Zollverein 12 wurde eine 4,3 km lange Verbindung aufgefahren, durch die seit 1999 das Grubenwasser dorthin abfließt. 1910 war in Bottrop-Boy mit dem Abteufen eines ersten Schacht 5 begonnen worden, der später aufgegeben wurde. Er wurde wohl durch die Anlage der Zeche Welheim überflüssig.
Nach der Stillegung wurde die Waschkaue noch längere Zeit gewerblich genutzt, danach wie alle restlichen Gebäude etwa um das Jahr 2005 abgerissen. Danach entstand hier ein Nahversorgungsbereich im Bereich der Schächte 1 und 2 mit Discountermärkten und Gewerbebetrieben. Über dem Schacht 1 steht eine Protegohaube, ebenso beim Schacht 5. Der Schacht 2 ist am Rohrstutzen der Nachfüllöffnung erkennbar. Eine weitere Protegohaube steht am Rand eines Parkplatzes. Hier dürfte es sich um eine Gasdrainage handeln.

Die Anlage 3/4 war prägte den Gladbecker Stadtteil Brauck. Dort wurden nach dem 2. Weltkrieg viele neue Wohnungen für Bergleute gebaut. Es enstand u.a. die Siedlung Rosenhügel. Ab 1905 war Mathias Stinnes 3/4 das zweites Standbein der Zeche. Von hier erfolgte die Anbindung des Betriebs der Zeche Welheim ab 1931 und die Übernahme der örderung ab 1965 unter Tage. 1967 wurde der Schacht 5 Zentralförderschacht und damit endete der eigenständige Betrieb. Gleichzeitig wurde die Kokerei stillgelegt. Zwar wurden noch die Schächte Rheinbaben 3/4 zur Bewetterung des Grubenfelds angeschlossen, aber das Auslaufen der Gesamtanlage der Gesamtanlage war schon abzusehen.
Heute sind noch die Gebäude der nach der Stillegung betriebenen Zentralen Werkstätten der RAG erhalten. Diese und den größten Teil der Betriebsfläche nutzt die Klingenburg GmbH. Der Familenbetrieb begann 1979 mit nur vier Mitarbeitern in der Waschkaue mit der Herstellung von Wärmetauschern und hat hier ihren Hauptstandort mit ca. 240 Mitarbeitern (weitere Standorte in Polen, China und den USA). Diese Entwicklung verlief ohne die oft medienwirksame Aufhübschung von Zechenbrachen zu Gewerbeparks oder Gründerzentren. Nach den Auslaufen der Fördermittel war dann "Schicht am Schacht" wie bei LünTec (Minister Achenbach 4), dem Technologiezentrum Oberhausen HDO (Zeche Osterfeld) oder dem Inkubator (Zeche Hugo). Auf dem Firmengelände liegen auch die nicht frei zugänglichen Schächte. Über dem Schacht 3 steht eine Protegohaube.

Die Schachtanlage (benannt nach dem Bottroper Stadtteil) war von Anfang an mit Mathias Stinnes verbunden. Das Grubenfeld wurde ab 1862 verliehen und erweitert. 1902 wurde es in Ver. Welheim und Arenberg Fortsetzung geteilt. 1910 begann das Abteufen von Schacht 1 und die Ausrichtung des Grubenfelds von Mathias Stinnes 1/2 aus. Die Förderung gebann 1914. Eine Kokerei wurde nur kurzzeitig betrieben (1915 - 1919). Trotzdem befand sich hier später ein Standort der Kohlechemie.
Bei einem Grubenbrand starben 1922 sieben Bergleute und 1927 bei verbotener Seilfahrt weitere sechs. Die Kohleförderung lag 500000 - 750000 t jährlich, maximal 935547 t 1929. 1931 wurde der Betrieb von Mathias Stinnes übernommen.
Heute nutzten den Großteil der Betriebsfläche eine Filiale einer Möbelhauskette und ein Baumarkt. Randlich enstand Wohnbebauung. Auf dem Parkplatz sind die beiden Schächte an den Protegohauben erkennbar. Sonst weist nichts auf die frühere Nutzung hin. Die sanierte Zechenkolonie Welheim gilt als ein Musterbeispiel für anspruchsvolles Bauen und ist Teil der Route der Industriekultur.