De tre gripna, en 29-åring och två 17-åringar, sökte igenom Jerusalems arabiska kvarter i flera timmar efter lämpligt offer under natten till den 2 juli, uppger Israels säkerhetstjänst Shin Bet.
Trion tvingade in den 16-årige palestinske pojken i en bil och körde honom till ett skogsområde utanför staden, där de slog honom i huvudet med ett metallföremål och därefter antände honom.
Mordet utlöste kravaller i östra Jerusalem, som sedan spred sig till andra städer med palestinsk befolkning i Israel. Det ledde också till att konflikten mellan Israel och Hamas eskalerade.
Kan vara fler personer inblandande
På måndagen sade en talesman för israeliska polisen att de misstänkta erkänt att de kidnappat den 16-årige palestinske pojken och därefter antänt honom, enligt The Guardian.
Israels säkerhetstjänst bekräftar även att de misstänkta ska ha sagt i förhör att de genomförde mordet som en hämnd efter kidnappningen och morden på tre israeliska tonåringar i juni.
Utöver de tre som erkänt undersöker polisen ytterligare tre personer för inblandning i mordet. De är satta i husarrest.