古时，因境内有疏勒河支流三道沟而得名“三道沟”。

1949年10月，境内设东湖、三道沟、山水梁3个乡，属第二区（柳沟区）管辖。

1953年4月，增设四道沟、四五夹滩乡。

1955年10月，撤销东湖、四五夹滩、山水梁乡，并入三道沟乡。

1958年10月，撤销三道沟、四道沟乡，与河东、布隆吉、双塔堡乡合并成立五星人民公社，驻地在原四道沟乡。

1959年7月，易名为桥湾公社。

1961年4月，成立三道沟人民公社。

1962年1月桥湾人民公社改为四道沟人民公社。

1964年5月，撤销四道沟人民公社，并入三道沟人民公社。

1966年10月，三道沟公社易名为红光人民公社，。

1969年12月复名为三道沟人民公社。

1983年3月改为三道沟乡。

1985年5月改为三道沟镇。