生於日本福岡市。就讀於長崎醫學專門學校，後立志當畫家而退學前往東京，於1914年進入本鄉洋畫研究所，師事岡田三郎助。不過他並未考上東京美術學校，因此之後即靠自學來學習西畫。1924–1928年間前往法國進行創作，除了西洋的古典繪畫之外，他特別受到巴黎畫派的畫家們，尤其是安德烈‧德蘭 (André Derain)的強烈影響。除了創作，兒島善三郎也參與獨立美術協會的創設，兒島等人所提倡的「日本的西畫」之主張，亦即以日本本土的繪畫形態來接收法國野獸派畫風的主張，更對當時的西畫壇產生劇烈的影響。

旅歐返日後，兒島的畫風再次回歸到東洋風格，他回國後在東京代代木的畫室仍持續以裸女為題材創作，只是與過去在巴黎所描繪的那種以量體及骨骼肌理為主的裸體不同，如畫作《紅色背景》所示，比起人體的量感，畫家優先表現的是靠墊以及沙發的質感，由此可知兒島在繪畫風格上的表現主義傾向。此作於1931年隨獨立美術協會展覽巡迴至臺灣展出，展期八天，參觀人數達一萬二千多人，展覽盛況空前，然而裸女題材是否能展出在當時還是引起一番議論。