Pesmes liegt im französischen Département Haute-Saône, eingebettet in eine sanft gewellte Landschaft der Franche-Comté. Der Ort erhebt sich leicht über dem nördlichen Ufer des Ognon, der hier durch eine breite Alluvialebene mit Inseln und Flussarmen fließt. Im Norden grenzt Pesmes an Broye-Aubigney-Montseugny und Sauvigney-lès-Pesmes, im Osten an La Résie-Saint-Martin und Chaumercenne, während im Süden Malans und Dammartin-Marpain liegen. Die höchste Erhebung erreicht auf dem Bois du Gâtis fast 300 Meter, während der Ort selbst etwa 200 Meter über dem Meeresspiegel liegt.
Frühe Spuren einer Besiedlung stammen aus gallo-römischer Zeit, doch der genaue Ursprung des Ortes bleibt unklar. Im Mittelalter gehörte Pesmes zur Freigrafschaft Burgund und wurde von der Adelsfamilie de Pesmes geprägt, die hier ein Schloss und Befestigungen errichtete. Im Hundertjährigen Krieg und später durch Brände und militärische Konflikte immer wieder zerstört, erholte sich der Ort nur langsam. Die Herrschaft wechselte mehrfach, bis Pesmes 1678 endgültig an Frankreich fiel. Wirtschaftlich prägten die Eisenwerke ab dem 17. Jahrhundert das Geschehen, die bis ins 19. Jahrhundert Waffen und später Maschinen herstellten.
Pesmes bewahrt ein malerisches mittelalterliches Ortsbild mit Kirche, Schloss und Bürgerhäusern aus mehreren Jahrhunderten. Die Kirche Saint-Hilaire mit ihrer reichen Ausstattung und spätgotischen Umbauten ist ebenso sehenswert wie das auf einem Felsen thronende Schloss aus dem 10. bis 18. Jahrhundert. Reste der alten Stadtmauer und historische Wohnhäuser wie das Maison Royale oder das Hôtel Châteaurouillaud zeugen von der Vergangenheit. Die ehemaligen Eisenwerke mit ihrem Museum und das Château des Forges runden das Bild ab. Heute ist Pesmes als eines der schönsten Dörfer Frankreichs ausgezeichnet und dient als zentraler Ort für das Umland.
