В 1880—1881 годах Савва Мамонтов заказал художнику три картины для кабинета правления Донецкой железной дороги. Васнецов написал «Три царевны подземного царства», «Ковёр-самолет» и «Битва скифов со славянами».
За основу картины взята сказка «Подземные царства». В ней Иван-царевич спускался в подземное царство, чтобы освободить свою мать, которую похитил злодей. По дороге царевич встречал пленниц — Медную, Серебряную и Золотую царевен. Девушки подсказали Ивану, как освободить мать, и в благодарность он забрал их с собой. Вернувшись домой, он женился на самой красивой — Золотой царевне, а её сестер выдал замуж за своих братьев.
Конечно, Васнецов лишь вдохновился сказкой. На его полотне из народного сюжета мы видим только Золотую царевну. А Медную и Серебряную красавиц художник заменил на царевну Драгоценных камней и царевну Каменного угля. Однако, мы видим отсылки к оригинальной сказке в правом нижнем углу картины: колодец и веревку. Именно через такую глубокую дыру в земле, с помощью веревки, герой народной сказки попадал в подземный мир. Кстати, в одной из версий сюжета, завистливые братья главного героя, после того как царевны выбирались на поверхность, обрезали веревку, оставляя героя в подземном царстве.
Картина олицетворяет богатство недр Донбасса, для чего немного изменён сюжет сказки — на ней изображена царевна каменного угля.

Каждая из царевен изображена в стиле, соответствующем их символическому значению.
Золотая царевна изображена на полотне слева, конечно же, вся в золотом цвете. Она одета в ферязь — наряд с рукавами до пола и прорезями для рук, распространённый в допетровскую эпоху. Грудь и плечи покрывает ожерелье — так в те времена назывался вышитый воротник. На голове у неё коруна — головной убор незамужней девушки: макушка оставалась открытой, что для семейной женщины недопустимо.
Царевна Драгоценных камней изображена по центру. Она также одета в ферязь и длинную шёлковую рубаху. На руках у девушки опястья — расшитые нарукавники, элемент русского национального костюма. Голову украшает невысокий венец. Эта девушка богаче украшена самоцветами, что соответствует её имени.
Царевна Каменного угля — девушка справа. В отличие от сестёр, она изображена в более современном приталенном платье с коротким рукавом. Древнерусская красавица не могла бы появиться на людях с открытыми руками и непокрытой головой.
Золотая царевна и царевна Драгоценных камней одеты в традиционные наряды, подчёркивая связь с историей и культурным наследием. Художник говорит нам о том, что золото и драгоценности — «валюта» прошлых веков. В то время как современный наряд царевны Каменного угля символизирует прогресс и будущее, ведь полезные свойства каменного угля были открыты не так давно. Помимо наряда, царевна Каменного угля выделена и композиционно: она стоит в отдалении от других девушек и визуально отделена от них контуром скалы. Таким приёмом Васнецов подчеркивает разницу между персонажами и «независимость» младшей царевны от старших сестёр.
Ещё одна интересная деталь — платки. Их держат в руках только старшие сёстры. Царевна каменного угля — символ быстро развивающейся отрасли, благодаря которой едут паровозы. Она не белоручка, подчёркивает художник.
Однако, члены правления Донецкой железной дороги не приняли работы Васнецова на сказочную тему, посчитав их неуместными для служебного помещения. Тогда Савва Мамонтов купил два из трёх полотен для украшения своей столовой, а «Трёх царевен подземного царства» приобрел его брат Анатолий. В 1910 году полотно было передано в Третьяковскую галерею в дар.
В 1884 году Васнецов пишет ещё одну версию картины для киевского коллекционера и мецената Ивана Терещенко, немного меняя при этом композицию и колорит. В новой версии изменилось положение рук царевны каменного угля: теперь они лежали вдоль тела, что придало фигуре спокойствие и величавость.

Хотя картина была отвергнута заказчиками, её высоко оценила публика. Брат Виктора Васнецова Аполлинарий писал ему о впечатлениях зрителей на картину «Три царевны подземного царства»:
«…Привелось ознакомиться с тем, как относится к твоей картине публика. Производит, несомненно, впечатление и нравится многим, но затрудняются содержанием, и мне привелось несколько раз вступить в объяснения сюжета. Что же касается меня лично, то я просто влюбился в чёрненькую, прелестна и золотая, но немного горда; одежда на последней, по-моему, сделана так, что ничего нет на выставке, что бы сравнилось по широте письма и натуральности…»
Не одобренные заказчиками картины определили дальнейшее творчество Васнецова, который стал часто обращаться к сюжетам русских народных сказок и былин. Именно этими сюжетами художник и привлёк к себе многочисленных поклонников, коллекционеров и меценатов.
Васнецову доверили спроектировать пристройку главного входного зала к зданию Третьяковской галереи, ставшую визитной карточкой музея. Живописец творил в неорусском стиле, переосмысляя мотивы традиционного русского зодчества.