1958年筹建，1959年开放。初名大同市文物陈列馆，1963年改为大同市博物馆。1989年在西门外繁华区展览馆开辟了大同市博物馆二部。全馆占地面积近5000平方米，陈列面积1268平方米。馆藏文物1.3万余件，一级品132件。多数为地方出土文物。 

    该馆曾举办了《历史文物陈列》、《北魏出土文物专题陈列》、《历代综合艺术陈列》、《石雕艺术陈列》、《辽代文物专题陈列》、《大同简史陈列》等展览。

      该馆展出的大同城南门外北魏建筑遗址出土的石雕方砚，是罕见的石雕艺术精品。鎏金高足铜杯等是来自波斯(今伊朗)萨珊王朝的珍贵文物。北魏司马金龙墓出土的石雕棺床、石雕柱座及木板漆画，为研究我国古代书法、绘画、雕刻、漆工艺等提供了宝贵的资料。大同城西五里店出土的元代影青广寒宫瓷枕是国内瓷器中罕见的景德镇窑的艺术珍品。