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社伝によれば、三島神社は、伊予国越智郡一宮の三島大明神の分霊を祀った社であり、天平13年(741)の創建と伝えられています。祭神は大山津見命（おおやまつみのみこと）です。
「延喜式神名帳」(927)には、三島郡六座の一つとして登載されており、式内社（「延喜式神名帳」に記載のある神社）であるとする説が有力となっています。

室町時代には宇佐美氏、その後、長尾為景、上杉景勝、堀秀治、高田藩歴代藩主の崇敬保護を受けたとされ、このことは同社にある堀直政の田地寄進状(1658)などの古文書からもうかがい知ることができます。
明治6年(1873)に県社となりますが、その後の火災や台風によって、現在はそのころの面影はありません。
現在の社殿は、昭和6年(1931)に再建されたものです。