根据《日本三代实录》的序文，本书由源能有、藤原时平、菅原道真、大藏善行、三统理平，奉宇多天皇之命编写。关于开始编写的年份至今仍有不同说法。根据各编纂者的官位升迁情况可以推测，该书开始编写的年份约在宽平五年（893年）4月至宽平六年8月之间。《日本纪略》称该书于宽平四年（892年）5月1日开始编纂，然而《日本纪略》在这段时期的记载错漏颇多，因此可信度不高。源能有于宽平9年（897年）逝世，翌年宇多天皇禅位，该书的编纂也随之停止。
后来，醍醐天皇命令继续编写该书，并于延喜元年（901年）完成。期间，菅原道真失势左迁大宰府，由三统理平转任总编纂。完成后的报告奏章中称编纂者为藤原时平、大藏善行二人。然而根据推测，编纂的实质中心为菅原道真、大藏善行二人。
《日本三代实录》是六国史中记载最为详尽的一部，收录了大量诏敕和表奏文。而且每年的节会、祭祀等事情都有记载。卷15以及卷19至卷48部分，也就是贞观十年（868年）和贞观13年（873年）1月至仁和元年（885年）12月期间的写本有省略之处，全文未完成。
继《日本三代实录》之后，日本曾试图继续编纂编年体史书。朱雀天皇在承平六年（936年）开设撰国史所，开始编纂《新国史》。然而，由于律令制衰退的原因，《新国史》没有完成。