市域北部の葉山山麓は中新世の火山性噴出物を起源とする凝灰岩で、寒河江川周辺では更新世の段丘堆積物が見られる。市域南部の寒河江川および最上川の扇状地部分は標高の高い部分が更新世の段丘堆積物で、東側の低地は完新世の沖積堆積物である。沖積層と段丘面の間には寒河江ー山辺断層が見られる。また、平塩地区には塩泉が湧出し、かつて製塩が行われ地名の由来となった。　市内各所で掘削による温泉の湧出があり、寒河江温泉（含重曹弱食塩泉）、新寒河江温泉（単純温泉）、寒河江花咲か温泉（含硫黄－ナトリウム・カルシウム-塩化物温泉）、みいずみ温泉（ナトリウム-塩化物温泉）などがある。新寒河江温泉は、最上川河岸の沖積層で地温勾配が高く、間隙水が豊富で滞留時間が短いため単純泉となり、寒河江温泉は石油掘削用途以外で初の深層熱水利用高温泉で、化石海水を主成分とする。
三重県外では、兵庫県神戸市の岡本商店街にブランカが出店している。そのほかの地域では、三重県フェアなどのイベントで販売されることがある。例えば、2010年（平成22年）7月には東京・渋谷の書店・COOKCOOPで「レジ横おやつで日本一周!!」という企画でシェル・レーヌが販売され、2011年（平成23年）には11月から12月にかけて、東京・池袋と天王洲アイルにあるトラベルカフェの店舗にて「パワーすぽっと三重カフェ」という催しの一環でシェル・レーヌが「三重のお菓子の3種盛り」の1つとして提供された。
江戸幕府開府前の慶長5年（1600年）からしばらくは天領となっており、備中代官として小堀氏（小堀正次・小堀政一）が統治していた。元和3年（1617年）、因幡国鳥取藩6万石より池田長幸が6万5000石で入封し、立藩した。寛永18年（1641年）、第2代藩主・長常が無嗣子で死去したため廃絶した。寛永19年（1642年）、成羽藩より水谷勝隆が5万石で入封する。松山藩の藩政・経済の基礎、松山城の城郭普請は水谷時代にほぼ完成を見たと言ってよい。第3代藩主・水谷勝美が無嗣子のため、末期養子・水谷勝晴をとったが、元禄6年（1693年）に遺領を継ぐ前に死去。勝美の弟・勝時をたてたが受け入れられず3000石の旗本に減封となる。この際の松山城受け渡しには、『忠臣蔵』で有名な赤穂藩主・浅野長矩が任ぜられている。また長矩の名代として浅野家家老大石良雄（内蔵助）が次の藩主安藤氏が来るまでの1年半もの間、備中松山城を管理している。城明け渡しにあたって大石は単身で松山城に入り、水谷家家老鶴見内蔵助と対談に及び、無血開城にこぎつけたという。大石と鶴見の名がたまたま同じ内蔵助であったことから「両内蔵助の対決」として評判になったという。水谷氏除封の後、幕府により松山藩の領地は徹底的に検地をされた。元禄8年（1695年）の検地の後、上野国高崎藩より安藤重博が6万5千石で入封する。子の信友は寺社奉行に任ぜられ、正徳元年（1711年）、美濃国加納藩に転封となった。同年、代わって、山城国淀藩より石川総慶が6万石にて入封する。延享元年（1744年）、伊勢国亀山藩に転封となった。同時にその亀山藩より板倉勝澄が5万石で入封する。以後、明治まで板倉氏の所領となった。有名な藩主として幕末に第7代藩主となった勝静が挙げられる。勝静は井伊直弼が桜田門外の変で暗殺された翌々年の文久2年（1862年）、および徳川慶喜の代に老中首座（筆頭）となった。藩政では山田方谷を起用し藩政改革を成功させた。勝静が幕府の要職にあったことから、鳥羽・伏見の戦いから1週間後には松山藩追討令が朝廷から出され、岡山藩の軍勢が藩主不在の松山城などを接収した。京都にいた勝静は徳川慶喜に従って江戸へ向かい、以後の戊辰戦争では旧幕府方に身を置いて箱館まで転戦した。明治2年（1869年）には勝静は山田方谷らの説得を受けて降伏して禁錮刑に処せられ、また、石高も2万石に減封。勝弼（第5代藩主・勝晙の甥）が藩主となり、藩名も伊予松山藩との混同を避けるために高梁藩と改称された。なお、勝弼が藩主になる前に方谷らが後日のお家騒動回避のために「勝全（勝静の嫡男、勝静が官位を没収された後、当主となっていたが朝廷からは藩主として認められないままに父と行動を共にしていた）が、帰藩したあとは藩主の地位を勝全に譲る」という誓約文を勝弼に書かせていた。だが、勝静が新政府から赦免された後にこの話を聞くと「主君は簡単に改めるものではない、ましてや勝全は朝廷から咎めを受けた身である」として、勝弼や重臣達の前で件の誓約書を破り捨てて重臣達に勝弼への忠誠を誓わせたと言われている（廃藩後、勝弼は男爵となり、明治29年（1896年）に49歳で死去）。明治4年（1871年）、廃藩置県により高梁県となる。以後、深津県・小田県を経て岡山県に編入された。