藩祖は寺沢広高。広高は豊臣秀吉に仕え、1592年の文禄の役では肥前名護屋城の普請役、後方兵站の責任者を務めて功績を挙げたことにより、1593年に秀吉から名護屋を含む上松浦郡一帯およそ8万3000石を与えられ、長崎奉行に任じられた。慶長の役には朝鮮に渡海して活躍している。1600年の関ヶ原の戦いでは東軍に与して功績を挙げたことから、戦後、天草一郡およそ4万石を加増され、都合12万3000石を領する大名となって栄華を極めた。しかし広高の死後、その後を継いだ寺沢堅高のとき、島原の乱が起こってその乱が天草にも飛び火し（堅高は松倉勝家ほどではないが、やはり領民に厳しい政治を敷いていたのである）、戦後、それを幕府から咎められて領地を没収される。堅高はほどなくして心労により自殺する。堅高には嗣子がなかったため寺沢家は改易となった。
その後、播磨国明石藩より大久保忠隣の孫・大久保忠職が8万3000石で入るが、その後を継いだ大久保忠朝は、1674年に庄屋が領内を転勤する「転村庄屋制度」を創設、以後この制度は幕末まで続けられた。忠朝は下総国佐倉藩へ移封となった。
入れ替わりで松平乗久が7万石で入り、孫の松平乗邑のとき、志摩国鳥羽藩へ移封。入れ替わりで土井利益が7万石で入り、利益から4代目の土井利里のとき、下総国古河藩へ移封。代わって水野忠任が三河国岡崎藩より移されて6万石で入った。1771年、水野忠任が科した農民への増税を契機に、虹の松原一揆が起こり、農民は無血で、増税を撤回させるに至った。忠任から4代目の水野忠邦のとき、遠江国浜松藩へ移封される。忠邦は、天保の改革を行なったことで有名である。
代わって陸奥国棚倉藩より小笠原長昌が6万石で入り、以後、小笠原氏の支配で明治時代を迎えることになる。唐津藩最後の藩主・小笠原長行は幕末期に老中・外国事務総裁を兼任して幕政を担った。しかも1868年の戊辰戦争では旧幕府軍に与して函館まで転戦するなど、最後まで幕府に忠義を尽くした人物である。しかしこのため、長行を藩主として数えず、その養父である小笠原長国をもって最後の藩主とする史料も多い。
唐津藩は表向きの石高は6万石から12万石であったが、実際の石高は20万石前後だったと言われている。また、藩主家が中途半端に変わることが多く、長期間による藩主家の一大支配が無かった土地柄であった。
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