Zum ersten Mal in einer Urkunde wird das Fließgewässer mit den Worten „daz waßer dy Plyßen“ im Jahr 1402 erwähnt. Die Deutung des Namens ist unsicher. Möglicherweise besteht ein Zusammenhang mit den litauischen Verben pìlti, pilù „gießen, schütten“ oder dem germanischen Wort flís „Splitter, Fliese“.[1]
In Fließrichtung nach Nordosten passiert der Pleißenbach zunächst die Ortsteile Pleißa und Kändler der Stadt Limbach-Oberfrohna und erreicht dort das Gebiet der Stadt Chemnitz. Nachdem der Stadtteil Röhrsdorf passiert wurde, fließt der Pleißenbach in der Nähe des Autobahnkreuzes Chemnitz in Richtung Süden parallel zur Bundesautobahn 72 weiter. Dabei grenzt er an die Fluren von Rabenstein und Rottluff. Nun verläuft der Pleißenbach wieder in östliche Richtung durch die Chemnitzer Stadtteile Rottluff und Altendorf. In Schloßchemnitz speist der Pleißenbach den Schloßteich und wird zugleich unterirdisch westlich und nördlich um diesen herumgeführt. Östlich des Schloßteichs fließt er überwiegend an der Oberfläche weiter und mündet im benachbarten Stadtteil Zentrum in die Chemnitz.
