Sim, você só precisa "provar" a propriedade do domínio editando seu robots.txt. Você adiciona o seguinte ao seu robots.txt:
Sitemap: http://s3hostname.domain.com/sitemap.xml
Você pode usar qualquer URL que quiser no arquivo robots.txt, não precisa ser o mesmo URL do próprio site. Isso está documentado nos Sitemaps & Seção "Envios cruzados" na documentação do protocolo sitemaps.org