元代時期，三棵樹鎮境域屬播州宣慰司。
明、清時期，屬清平縣。
民國二年（1913年），置爐山縣第二區第三分區。
民國二十一年（1932年），置爐山縣第三區五丁鎮、鉛廠鎮、格致鄉和第四區平樂鎮、平江鄉、計高鄉、白蛇鄉。
民國二十五年（1936年），置開懷聯保和掛丁聯保。
民國三十年（1941年），推行新縣制，置悅平鄉和化鉛鄉。
1953年，置烏燒、平樂、平寨、格細、朗利、掛丁、洞下、鉛廠、板溪9鄉。
1956年，縮并為平樂、平寨、格細、掛丁、鉛廠、板溪6鄉。
1958年，成立勝利公社和悅平公社。
1961年，置掛丁、格沖、平樂3公社。
1984年5月，設掛丁鎮、格沖鄉、平樂鄉。
1992年1月，格沖鄉并入掛丁鎮，平樂鄉并入開懷鄉。
1995年7月，掛丁鎮、開懷鄉合并為三棵樹鎮。
2010年8月5日，三棵樹鎮中的棉席、塘寨、黨果、開懷、悅來堡、蒿支坪、龍井、寨瓦、養朵、掛丁10村析出置開懷街道，三棵樹鎮建制保留。