明正统七年（1442年），设三水乡。
清康熙年间（1662-1722年），属汉州水村。
宣统元年（1909年），设三水乡。
民国十九年（1930年），乡改镇。
民国二十四年（1935年），分为三水上镇、三水下镇。
民国二十九年（1940年），合并为三水镇。
1950年初，镇改乡，属广汉县第一区。
1952年，三水乡（部分）改三水镇，其余辖区仍为三水乡。
1956年，撤区，由县直辖。
1958年，乡改公社。
1979年，三水镇并入三水公社。
1981年8月，公社改乡，析置三水镇。
1984年，三水乡并入三水镇。
2019年，撤销和兴镇，将原和兴镇所属行政区域大部分划归金鱼镇管辖。
将原和兴镇国防村、华严村所属行政区域划归三水镇管辖。
2021年5月，将汉州街道（原新丰街道）高店社区所属行政区域划归三水镇管辖。