宋代，三堂街鎮域屬潭州(今長沙市)，縣轄8鄉，三堂街在第三鄉境內。
元代，益陽升為州，縣以下區鄉里保無變異。
明代，益陽復降為縣，轄23里，鎮域屬四里和五里的一部分(即今合水橋境)。
清代，沿明制。
民國時期，鎮域為益陽縣三山鄉（但不轄合水橋，轄修山鎮部分）。
1949年10月，鎮域隸屬益陽縣第ll區。
1950年，劃鄉建鎮，鎮域隸屬益陽縣第11區范圍。
1952年2月16日，桃江從益陽縣析出置縣，鎮域是為第四區。
時四區還轄伍家洲、洋泉灣兩個鄉直至1956年。
1953年，稱三堂街區。
1958年，稱紅旗人民公社。
1959年，改為三堂街人民公社。
1961年，改為三堂街區公所。
1986年，改設為三堂街辦事處。
1995年，改設為三堂街鎮和烏旗山獨立鄉。
2006年，烏旗山獨立鄉和三堂街鎮合并成三堂街鎮，一直沿襲至今。