山西省北部に位置し、内モンゴル自治区と接し、東は河北省に臨んでいる。大同市には4区と6県があり、総面積は1万4000平方キロメートルに達している。
温帯モンスーン大陸性気候で、夏は温和で、冬は長くて寒い。年平均気温は5.5度で、年間降水量は約370mmである。
年間日照は充足で、年間日照時間が2973時間まで達している。そのため、太陽エネルギーを利用する潜在能力が大きい。ここでは主に鯉を養殖され、コーリャン、穀物、雑穀などの農産物が栽培されている。
大同市は以前から、豊富で良質な炭鉱資源で有名である。石炭埋蔵量は38トンと確認されている。石炭製品の生産、輸出及び対外販売量は中国の主要供給都市の中ではトップである。石炭資源を利用する大同市年間発電量は約360.4億キロワットで、中国華北地域の重要な発電基地となっている。炭鉱のほか、鉄鉱、銅鉱、アルミニウム、石灰岩、大理石などを含む41種の鉱物資源がある。
大同の歴史が悠久で、春秋時代までさかのぼることができ、それで、豊富な文化遺産が残っている。ここには346箇所の文化遺跡があり、その中に一箇所のユネスコ世界文化遺産がある。
雲岡石窟は北魏時代(386年557年)に建てられた中国最大の石窟の一つである。九龍壁は明時代(1368年1644年)に建てられたもので、中国現存している最大規模、建筑年代が最も古い龍壁である。懸空寺は恒山の上にあり、中国の唯一高空に懸かっている建物である。