大正時代、古間木地区(現JR三沢駅周辺)で火事が相次いだため、地区内の不動神社・権現神社・薬師神社の神々を楽しく遊ばせることで火を鎮めようと始まったとされます。当時、不動神社が権現神社を誘い、薬師神社に二晩泊まった後それぞれ帰ったことが、現在の3日間という祭り期間の由来です。記録写真によると大正14年(1925年)9月に第1回三社大祭が開催されています。 山車の起源は、大正11年(1922年)開通の私鉄十和田鉄道の軌道工事で使われた荷車とされており、八戸三社大祭を参考に商人と住民が山車を自作・借用しながら祭りを形づくりました。平成15年(2003年)からは参加全15祭礼が自作山車となり、アニメなど多彩な題材の山車が登場します。平成16年からの「山車別れ」、平成19年からの山車合同夜間運行など、形を変えながら受け継がれています。
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