長州藩の藩医である松島瑞蟠の長男として文政8年（1825年）3月6日、萩中ノ倉に生まれた。弟に吉田松陰の妹婿である小田村伊之助（楫取素彦）と小倉健作（松田謙三）がいる。天保2年（1831年）、父・瑞蟠が狂を発し廃人となったため家督を継ぐ。禄39石余り。江戸遊学し、坪井信道に4年間従学のち、世子である毛利元徳の侍医となった。のち、長崎に赴き勝海舟らと共に長崎海軍伝習所でオランダ人に航海術を3年間学び、帰藩して洋学所・軍艦教授所を創立する。軍艦教授所の門下生には高杉晋作らがいた。桂小五郎（木戸孝允）、吉田松陰とは友人であり、特に松下村塾の門下生らと提携して様々な活動を行った。安政4年（1857年）、長州藩初の西洋式軍艦製造にともない、初代長州藩海軍総督となり、丙辰丸艦長に就任する。桂小五郎と共に海軍の充実と丙辰丸の江戸航海について、藩庁に請願書を提出する。万延元年（1860年）、藩はこれを許可し、高杉晋作・久坂玄瑞ら士分6人と舸子14人が丙辰丸に乗り込み、外洋を航海し同年6月、江戸に入る。同年7月、桂小五郎に水戸藩の西丸帯刀・野村彝之介・住谷寅之介らを紹介し、水戸藩と長州藩が連帯して行動することを約した「丙辰丸の盟約」（成破の約）を丙辰丸艦内で結ぶ。文久2年（1862年）、高杉晋作、久坂玄瑞らと共に御楯組を結成する。12月12日、江戸品川の御殿山に建設中だったイギリス公使館を襲撃した（英国公使館焼き討ち事件）。文久3年（1863年）5月、下関戦争に参加、直接に自身が指揮する庚申丸でアメリカ商船を攻撃した。これを皮切りに、23日にはフランス艦を、26日にはオランダ艦に砲撃を浴びせた。ただ驚愕するばかりの両艦はなんとか逃走した。「攘夷が成功した!」と、長州藩は勝利に沸きたつ。同年6月、米国軍艦（ワイオミング号）の猛烈な反撃にあい、他の長州艦船（癸亥丸、壬戌丸）と共に庚申丸は沈没した。大砲、砲台も破壊されて大損害をこうむり、5日にはフランス軍艦（フリゲート艦セミラミスと通報艦タンクレード）が下関を砲撃した。250人の武装兵が上陸し、砲台を破壊、付近の村を焼き払った。松島はこの戦闘の際に負傷している。元治元年（1864年）、禁門の変が起こり、久坂玄瑞らが戦死する。幕府による第一次長州征伐で俗論派が藩政権を握ったため、松島は萩野山獄に投ぜられる。同年12月16日、「高杉晋作が功山寺で挙兵」との報が萩に伝わるや、その3日後の12月19日に処刑された。享年40（満39歳没）。辞世の句はかねてより  たてしこゝろの  たゆむべき  たとへこの身は  くちはてぬともである。明治時代になって正四位の位が贈られた。誕生の地には今も石碑が立ち、墓は山口県萩市の東光寺にある。
1972年（昭和47年）10月の蒸気機関車全廃時までは、C57形・C55形・C11形が牽引する旧形客車主体の列車編成であった。昭和初期から戦時中には9600形・D50形といった貨物型機関車のほかにC51形・C54形も配置されていたようであるが、昭和30年代には客車用の2形式による牽引体制が確立していた。播但線でも貨物扱いがあったが、線路規格が低く、貨物牽引の代表形式であるD51形が配備されていなかったため、旅客機であるC57形牽引の定期貨物という珍しい取り合わせが話題であった。勾配がきつい生野峠越えのため補機を設けていたほか、C57形の回送運用を兼ねて三重連牽引もしばしば見られた。生野峠での補機には、1960年（昭和35年）よりDF50形ディーゼル機関車が、また1969年（昭和44年）からはDD54形ディーゼル機関車が用いられた。1972年（昭和47年）の無煙化後は、山陰本線より転属してきたDD54形が旧形客車を牽引していたが、故障が多発していたため1979年（昭和54年）までに順次DD51形ディーゼル機関車（福知山運転所所属）やDE10形ディーゼル機関車（姫路第一機関区→姫路運転区所属）に置き換えられた。牽引される客車については旧形客車から、1978年（昭和53年）ごろより50系客車（姫路客貨車区所属）への置き換えが進められ、1992年（平成4年）3月14日の客車列車全廃時までDD51形またはDE10形牽引による50系客車のスタイルが見られた。1990年（平成2年）には冷房化を目的として山陰本線（嵯峨野線）の京都駅 - 園部駅間の電化によって余剰となった12系1000番台（近郊改造型）客車が投入された。非冷房時代が長かったため、導入時には、「冷房車両が登場」と沿線に新聞折込広告が配布された。しかし、車両数が少なかったため朝夕のラッシュ時のみの運用にとどまり、50系客車と同じく1992年（平成4年）3月13日までの運用となった。客車を牽引する機関車は、前述のDD51形ディーゼル機関車とDE10形ディーゼル機関車があてられたが、姫路駅 - 和田山駅間の直通列車がDD51形、姫路 - 寺前間の列車がDE10形と分けられていた。気動車については、1977年（昭和52年）ごろよりキハ10系の置き換えとしてキハ40系が投入された。昼間の閑散時にはキハ47形による2両編成もあったが、ラッシュ時には6両編成と気動車にしては長編成を組まれる場合もあった。1992年（平成4年）3月14日以降は、客車置き換え用として北陸地区より転属したキハ58系初期型を改造したキハ58系5500番台車（オールロングシート改造車）が投入された。5500番車のロングシートは1本が両端デッキ部を除く約17mにもおよぶ長さが特徴であった。導入当初は、元線区仕様のカラーリングのままであったため注目を集めていたが、順次播但線カラーに変更された。このほかに、特急「はまかぜ」はキハ80系（1982年6月30日まで）、キハ181系（1982年7月1日から2010年11月6日まで）を使用し、1996年3月15日まで運行されていた急行「但馬」用にキハ58系も運用されていた。電化以前は優等列車を除いて基本的に姫新線と共通の運用であり、車両についても同じ運用であった。また、姫路駅で山陽本線（JR神戸線）に接続しているが、機関車などは福知山機関区の所属機を使用することが多かった。電化後も113系電車が2006年11月3日から2007年3月17日まで使用されていた。このとき両端先頭車のドアは押しボタン式の半自動、それ以外の車両のドアは手動扱いであった。