水岛三一郎（日语：水島 三一郎／みずしま さんいちろう ，1899年3月21日－1983年8月3日），日本化学家，皇后美智子的姑父，专长结构化学、分子结构、分子科学。曾任东京帝国大学教授。日本学士院会员。文化勋章、勲一等瑞宝章表彰。文化功劳者。
水岛教授是分子结构理论的世界先驱，也是继汤川秀树之后日本人第2位教廷宗座科学院院士。他曾是1962年、1964年诺贝尔化学奖候选人，再传弟子大隅良典是2016年诺贝尔生理学或医学奖得主。
1899年3月21日，水岛三一郎出生于日本东京日本桥的批发商家庭。府立一中（现东京都立日比谷高等学校（日语：東京都立日比谷高等学校））、旧制第一高等学校、东京帝国大学理学部化学科（1923年）毕业。1927年担任东京帝大助教授，并至德国莱比锡大学研修。1938年升任教授，1945担任东京帝大辐射线化学研究所所长。1959年自东大退休，担任八幡制铁（日语：八幡製鐵）东京研究所所长。
他是日本结构化学的先驱，开辟了1,2-二氯乙烷立体构像研究、证实了化合物反式交叉（日语：トランス (化学)）与邻位交叉效应的存在，奠定了旋转异构体的概念，在国际上广受赞誉。
水岛的研究范围极广，其有关蛋白质构造的研究亦成为生物化学的里程碑。他曾被提名角逐1962年、1964年诺贝尔化学奖，但并未获奖。
长子水岛惠一（日语：水島恵一）曾任文教大学校长、次子水岛昭二（日语：水島昭二）曾任东京大学教授、三子水岛裕曾任日本参议院议员。孙子水岛昇是东大教授，孙女水岛广子（日语：水島広子）是医学博士与政治家，两人皆是水岛裕之子。
妻子水岛敕子是皇后美智子的姑姑，大舅子是正田建次郎（日语：正田建次郎）（数学家）、正田英三郎（日语：正田英三郎）（皇后美智子之父），因此可算是皇后的姑父。
有名的弟子包括：森野米三（日语：森野米三）（名大·东大）、岛内武彦（日语：島内武彦）（东大）、渡边格 (分子生物学者)（日语：渡辺格 (分子生物学者)）（东大·京大·庆应）、长仓三郎（东大）、野田春彦（日语：野田春彦）（创价）、今堀和友（日语：今堀和友）（东大，大隅良典的老师）。
