I likhet med kritiken från Storbritannien, Kanada och Australien uppmanade det amerikanska departementet Egypten att "ta upp domen".
Reportrarna, kanadensisk-egyptiska Mohamed Fahmy, egyptisk Baher Mohamed och australiensisk Peter Greste, dömdes för "spridning av falska nyheter".
Greste deporterades till Australien i år och prövades i sin frånvaro.
Utrikesdepartementets talesman John Kirby sade i ett uttalande: " Vi uppmanar Egyptens regering att vidta alla tillgängliga åtgärder för att rätta till denna dom, vilket undergräver just den yttrandefrihet som är nödvändig för stabilitet och utveckling.
– Pressens frihet att undersöka, rapportera och kommentera - även när dess perspektiv är impopulärt eller omtvistat - är grundläggande för varje fritt samhälle och grundläggande för demokratisk utveckling.
Australiens utrikesminister Julie Bishop sade att hon var "förfärad" av meningarna.
Biskopen sade att hon hade talat med Greste och skulle "fortsätta att följa alla diplomatiska vägar med min egyptiska motsvarighet" för att rentvå Grestes namn.
Reaktion: Peter Greste talar till BBC
På söndagen sa Greste återigen att han var oskyldig.
"Det fanns aldrig några bevis för att bekräfta några av anklagelserna mot oss", sade han.
"Vi kommer att fortsätta att kämpa mot detta med alla tillgängliga medel som står öppna för oss. Detta är en fråga om naturlig rättvisa."
Storbritanniens minister för Mellanöstern och Nordafrika Tobias Ellwood sade: " Jag är djupt oroad över de domar som i dag avkunnats mot journalister i Egypten.
"Dessa domar kommer att undergräva förtroendet för Egyptens framsteg mot stark långsiktig stabilitet baserad på genomförandet av de rättigheter som beviljats genom den egyptiska konstitutionen."
Kanada krävde att Fahmys "fullständiga och omedelbara frigivning".
Fahmys advokat Amal Clooney uppmanade Egyptens president Abdul Fattah al-Sisi att benåda journalisterna.
"Domen idag sänder ett mycket farligt budskap i Egypten", berättade hon reportrar. "Det sänder ett budskap om att journalister kan låsas in för att de bara gör sitt jobb, för att de talar sanning och rapporterar nyheter."
Hon sade att hon skulle driva på för att hennes klient, som har gett upp sitt egyptiska medborgarskap, skulle deporteras till Kanada.
De tre journalisterna anklagas för att ha hjälpt den förbjudna muslimska brödraskapsgruppen, men de förnekar ivrigt anklagelserna.
De dömdes ursprungligen i juli 2014 med Greste och Fahmy som mottagare i sju år och Mohamed i tio år.
Men deras övertygelser omintetgjordes i januari i år och de frigavs i februari för att invänta förnyad rättegång.
Grestes advokat, Chris Flynn, sade att omprövningen "var en bluff och blev misskött i varje steg".
Han uppmanade också president Abdul Fattah al-Sisi att ingripa.
Domare Hassan Farid, som fällde domen på lördagen, sade att de tre männen inte var registrerade journalister och att de hade opererat från ett hotell i Kairo utan tillstånd.
Han dömde Greste och Fahmy tre år men gav Mohamed ytterligare sex månader.
Det är oklart hur länge Fahmy och Mohamed kommer att tjäna. De satt i fängelse i ungefär ett år innan de blev befriade.
USA har sagt att det är "djupt besviken och bekymrad" över de treåriga fängelsestraff som avkunnats i Egypten på tre journalister från al-Jazeera.