本发明涉及水下机器人技术领域，特别涉及一种水下三自由度机械臂，包括大臂壳体、小臂壳体、腕部壳体、用于连接大臂壳体和小臂壳体的俯仰控制装置、用于连接小臂壳体和腕部壳体的回转控制装置、用于连接小臂壳体和腕部壳体的开合控制装置以及可旋转式的安装于开合控制装置上的手爪；所述大臂壳体、小臂壳体和腕部壳体均为圆筒形壳体，本发明中各节臂的壳体均采用圆柱形的外形，使壳体内部空间得到了充分的利用，减轻了整体结构的重量，零部件空间布置合理，结构紧凑；丝杆传动方式将减速电机的旋转运动转化为丝杆滑块的直线运动，能够保证动作的准确性，并且丝杆传动对减速机输出运动进行了进一步的减速，降低了对行星齿轮箱和电机的要求。