元代时期，三棵树镇境域属播州宣慰司。
明、清时期，属清平县。
民国二年（1913年），置炉山县第二区第三分区。
民国二十一年（1932年），置炉山县第三区五丁镇、铅厂镇、格致乡和第四区平乐镇、平江乡、计高乡、白蛇乡。
民国二十五年（1936年），置开怀联保和挂丁联保。
民国三十年（1941年），推行新县制，置悦平乡和化铅乡。
1953年，置乌烧、平乐、平寨、格细、朗利、挂丁、洞下、铅厂、板溪9乡。
1956年，缩并为平乐、平寨、格细、挂丁、铅厂、板溪6乡。
1958年，成立胜利公社和悦平公社。
1961年，置挂丁、格冲、平乐3公社。
1984年5月，设挂丁镇、格冲乡、平乐乡。
1992年1月，格冲乡并入挂丁镇，平乐乡并入开怀乡。
1995年7月，挂丁镇、开怀乡合并为三棵树镇。
2010年8月5日，三棵树镇中的棉席、塘寨、党果、开怀、悦来堡、蒿支坪、龙井、寨瓦、养朵、挂丁10村析出置开怀街道，三棵树镇建制保留。