根据《中华人民共和国劳动合同法》及相关司法解释，劳动者在用人单位连续工作三年未签订书面劳动合同，离职时仍可通过法律途径主张经济补偿及双倍工资差额，但需注意时效限制与证据收集。以下从法律适用、赔偿范围及维权流程三方面展开分析。

一、法律适用：未签合同的双倍工资与无固定期限合同认定

《劳动合同法》第八十二条明确规定，用人单位自用工之日起超过一个月不满一年未签订书面劳动合同的，应向劳动者每月支付二倍工资，最长支付11个月。若用工满一年仍未签订，则视为已订立无固定期限劳动合同。

案例适用：劳动者工作三年未签合同，可主张自入职第二个月起至满一年的11个月双倍工资差额。但需注意，双倍工资的仲裁时效为一年，自违法行为结束次日起计算。若劳动者在三年内未主张权利，可能因超过时效而丧失部分诉求，但若能证明存在时效中断情形（如曾向用人单位主张权利），仍可主张部分赔偿。

二、赔偿范围：经济补偿与双倍工资的叠加主张

双倍工资差额：劳动者可主张11个月的工资差额，计算基数为实际发放的月工资（含基本工资、奖金、津贴等）。

经济补偿金：若劳动者以用人单位未依法签订劳动合同、未缴纳社保等法定过错为由解除劳动关系，可按工作年限主张经济补偿。工作三年的劳动者，可获得三个月工资的经济补偿，月工资标准为离职前十二个月的平均工资。

示例：某劳动者月工资8000元，工作三年未签合同，可主张双倍工资差额8.8万元（8000元×11个月）及经济补偿2.4万元（8000元×3个月），合计11.2万元。

三、维权路径：证据收集与法律程序

证据固定：劳动者需提供劳动关系证明（如工资流水、考勤记录、工作证、同事证言等），以证明用工事实及工作年限。

协商与投诉：可先与用人单位协商赔偿，若协商无果，可向当地劳动监察部门投诉，要求责令用人单位补签合同、支付赔偿。

劳动仲裁：若投诉未果，应在离职后一年内申请劳动仲裁，主张双倍工资差额及经济补偿。仲裁裁决后，若用人单位拒不履行，可向法院申请强制执行。

四、风险提示：时效与举证责任

劳动者需特别注意仲裁时效，避免因超过一年期限丧失胜诉权。同时，用人单位可能以“劳动者拒绝签合同”为由抗辩，此时劳动者需提供证据证明已主动要求签合同而遭拒。

结论：工作三年未签合同离职的劳动者，仍可通过法律途径主张赔偿，但需及时固定证据、把握时效，并选择协商、投诉或仲裁等合法维权方式。