大同府是历代名镇，盛唐时期，曾为从长安通往北部外族的必经之路，到明清时，已成了西北防御的重镇。大同府久经历代修，墙高河深，坚如铁壁，然多年来无边无战事，城内也是非常繁富。

明洪武五年（1372年）徐达依旧城重建大同城，呈方形，周围13里，高4丈2尺，包砖，设四门，均有瓮城、悬索桥、城壕；四门东曰和阳，南曰永泰，西曰清远，北曰武定；四门均建城楼，四角有角楼，城正中有牌楼，城防设计固若金汤，整体布局如"凤凰单展翅"，为中国军事重镇的典范。成化二十一年（1485年）筑长城，嘉靖年间先后三次修筑长城，万历年间又两次修大同市边墙。洪武二十五年（1392年）朱元璋封十三子朱桂为代王，在大同建立王藩，称代王府。洪武二十九年（1396年）置分守冀北道，驻大同府。清代大同府治大同县，隶属山西承宣布政使司（后改为山西省）。顺治六年（1649年）大同府移治阳高卫，名阳和府，大同县移治怀仁市西安堡。直到顺治九年（1652年），府县才复还故治，并从附近县移民逐渐复兴。民国元年（1912年）大同府废府存县，云州区属北路观察使。民国2年5月置雁门道，治大同市。后晋北镇守使在大同驻扎。民国16年（1927年）废道后，大同为县，直属山西省。

春秋末进入战国时，又出现了“郡”（一般在边远地区设置）。赵武灵王“胡服骑射”，于公元前296年“北破林胡、楼烦。筑长城，自代并阴山下，至高阙为塞。而置云中、雁门、代郡”。赵名将李牧"常居代、雁门，备匈奴"。当时大同已成为赵国的“边陲要地”，属雁门郡。即公元前300年为大同设置行政管理之始。至今公元2013年已"建城"2313年。

秦灭六国之战，在内地也设郡，大同市仍属雁门郡。为了防备匈奴侵扰，秦始皇派大将蒙恬率30万大军北击匈奴，并征集民众修筑长城，在大同城西武周川上（今十里河谷）“筑城武周塞内，以备胡”（《水经注》）。

西汉时，置平城县（因其地为战略要地，兵家必争，为祈福思安，渴求和平而得名），设东部都尉治，治所在大同城东2.5公里处。汉名将李广、卫青、霍去病等均在平城一带与匈奴作战。两汉实行“郡国并行制”，即中央控郡、分封王国。雁门郡本与太原都等31郡为韩王信（韩国）的封地，韩王信投降匈奴后，刘邦遂于汉高祖六年（前201年），以云中郡、雁门郡、代郡53县为代国封地，都代县（今河北蔚县东北地区代王城），先后派其兄和其子镇守。

王莽时，平城改为平顺县，属并州填狄郡。

东汉时，仍称平城县，属雁门郡。刘宏末年，匈奴侵边，自定襄以西，云中、雁门、西河遂空，平城毁于兵火。位于城东南25公里的班氏县也西迁。建安二十年（215年）曹操讨伐乌桓，平定代地，安集北边郡县散失之民，在今代县东25公里置平城县，属冀州新兴郡。曹魏黄初元年（220年）复置太原市，平城属并州雁门郡。

晋·北魏

拓跋姓…于公元398年自盛乐迁都平城，改元天兴，并置司州，治代都平城。北魏在平城建都后，“营宫室、建聂氏宗祠，立社稷”进行了一系列大规模的首都建设，宫殿苑园，楼台观堂等重要工程上百处。著名的云冈石窟正是于和平初年开凿的，“雕饰奇伟、冠于一世”。延和元年（432年），改平城为万年，太和七年（483年）复名平城。皇兴三年（469年）在城西设平齐郡，不久废。北魏末期曾在南郊设立“鼓城”，不久废。北魏在大同建都长达96年，历经六帝一王：拓跋珪、拓跋嗣、拓跋焘、南安王、拓跋濬、拓跋弘、拓跋宏，平城区一直是北方政治、军事、经济、文化的中心。孝文帝改平城为司州牧，置代尹。太和十八年（494年）迁都洛阳市后，置恒州，治平城，管辖8郡14县：代郡（治所由高柳迁至平城）领平城、太平（大同市西15公里）、天授（左云县东20公里旧高山村）、永固（今大同市北25公里西寺梁山）；善无郡领善无、沃阳；梁城郡领参合、鸿；繁峙县郡领山、繁峙；高柳郡领安阳市、高柳；北灵丘郡领灵丘、莎泉；内附郡；灵丘郡。孝昌二年（526年）六镇之变，平城沦为废墟。东魏天平二年（535年）夏置北恒州，寄治肆州秀容郡城（今忻州市西北12.5公里河管村南）。

北齐·北周

载：天保七年（556年）改北恒州为恒安镇（今大同），又名东州城，隶属恒州云中县（今大同西5公里，又称西城）。翌年废镇，仍为北恒州。

据《隋书·地理志》载，公元577年北周灭北齐后，改太平县为云中县（赵武灵王于今内蒙托克托县东北建云中城，汉末侨徙于原平县东南，北周时徙置于此），属北朔州。复恒安镇隶属朔州云中县。

隋·唐·五代十国

隋为便于管理，于大帝开皇三年（583年）废郡，留州、县，州之职能同郡。隋炀帝时改州名为郡，实行郡县二级制。朔州市于大业元年（605年）改为马邑郡。开皇元年（581年）因避讳（杨坚之父名忠）改云中县为云内县。恒安镇隶属乌邑郡云内县。

唐初实行州县两级制。武德六年（623年）在大同置北恒州，第二年废。贞观十四年（640年）设定襄县（由朔州北之定襄城移治），兼为云中郡治（从内蒙古和林格尔县移治）。永淳元年（682年）为东突厥默啜可汗所破，州县俱废，移百姓于朔州。开元十八年（730年）改定襄县为云中县，复置云州。天宝（742年）改云州为云中郡。乾元元年（758年）复为云州。唐将全国划分为十道，至唐中期又发展为十五道，每道设采访使、专门弹劾不法官吏。唐后期，道演变为方镇、设节度使，它已经成为一级行政区划。据《旧唐书地理志》载，咸通十年（869年）曾置大同军节度使。唐至德以后，中原用兵刺史皆管军戎,大同军防御使由云中郡刺史领管，辖云、蔚（灵丘县东5公里）、朔三州。

五代十国时，仍称云中县，为云州治，隶属河东道。后唐清泰三年（936年），叛将河东节度使石敬瑭拜辽朝主耶律德光为父，以契丹有助援之功，将燕云十六州割让给契丹。

辽·宋·金

辽承唐制，即道--州（府）--县三级。重熙十三年（1044年）改云州为西京，设西京道，大同府，为辽之陪都，大同城名始称于此，统二州七县：弘州（河北阳原县）、德州（内蒙丰镇西北岱海边），大同市、云中具、天镇县（今天镇）、长青县（今阳高县东南）、奉义县（今大同市东北）、怀仁市（今怀仁东，大同南30公里）、怀安县（今河北怀安镇东南）西京大同广袤20里，建有西京同文殿，设留守衙。北门东为大同府衙，西为大同驿。重熙十七年（1048年）分云中置云州区。（隋开皇年间为防御突厥进攻，在大同川即今内蒙乌拉特前旗北建大同城。唐末沙陀人内徙，大同遂侨置于此）自此大同之名沿用不改。

宋代淳化五年（994年），改道为路，因宋、辽对峙，大同在辽的统治区域，故宋宣和五年（1123年）预置大同市府路，治云中府，统云中及武（神池县）、应（应县）、朔（朔州市）、蔚（蔚县）、奉（新保安）、归化（呼和浩特市东）、儒（永宁县）、（延庆区）等八州，与云中合称山后九州。结果预知未成事实，故来的"云中府路"形同虚设。金承辽制，改西京道为西京路，府治、县治未变。西京路辖二府（大同、德州）、七节镇、八刺郡、三十九县、九镇。天德二年（1150年）改原置的兵马都部署司为西京路总管府，后更置留守司。置转运司及中部西京路提刑司。大同市府辖大同、云中、宣宁（大同西北40公里长城下，新荣区拒墙堡西南）、怀安县、天成、白登（阳高县南12公里）、怀仁市七县，奉义（大同市东北）、窟龙城（岱海附近）、安七（怀仁安宿疃）三镇。其城门南曰奉天，东曰宣仁，西曰阜成。

元·明·清

元代全国始设省，中央设中书省，全国各地设十一行中书省。大同则隶属于中书省西京路后属河东山西道。至元二年（1265年）云中县并入云州区。至元二十五年（1288年）改西京道大同府为西京路后改大同路。公元1277年，意大利旅行家马可·波罗奉孛儿只斤·忽必烈之命，出使南洋诸国，路经大同。他在《马可·波罗游记》中称赞大同市是"一座宏伟而又美丽的城市"，"这里商业相当发达，各样的物品都能制造，尤其是武器和其它军需品更加出名。"当时大同领录事司，弘州、浑源县、应、朔、武、丰、东胜（内蒙古自治区托克托县）、云内（呼和浩特市西南）八州，及大同、白登、宣宁、平地（今集宁南）、怀仁市五县。大德四年（1300年）在西京黄华岭（今山阴县北黄花梁）立屯田。六年（1302年）立万户府，所属山阴、雁门、马邑、阳、洪济、金城、宁武共七屯（《元史·地理志》）。

明承袭行省，改称承宣布政使司。大同路于洪武二年（1369年）改为大同府，属山西承宣布政使司。大同市府辖浑源州、应州、朔州市、蔚县（河北蔚县，当时下辖一县广灵县县）四州及大同（宣宁县并入大同县）、怀仁、马邑、山阴、广灵、灵丘县、广昌（河北涞源县）七县。明实行卫所制，大同镇为九边重镇之一，洪武五年山西行都指挥使司设在大同。永乐七年（1409年）设镇守总兵官，为镇之最高指挥官。成化十年（1474年）设巡抚；正德八年（1513年）设总督。所辖大同前、后卫（两卫治大同），大同左卫、云川卫（两卫治左云县），大同右卫、玉林卫（两卫治右玉县），阳和卫、高山卫（两卫治阳高县），天成卫、镇虏卫（两卫治天镇县），平虏卫（治平鲁县），威远卫（治右玉县南），井坪千户所（治今平鲁县井坪镇）等13卫所，823堡寨，307座墩台。其地为今山西外长城以南，东自冀、晋省界，西至大同市西北一带。明初在此屯田，为京师西北屏障。明洪武五年（1372年）徐达依旧城重建大同城，呈方形，周围13里，高4丈2尺，包砖，设四门，均有瓮城、悬索桥、城壕。四门东曰和阳，南曰永泰，西曰清远，北曰武定。四门均建城楼，四角有角楼，城正中有牌楼.不仅城防设计固若金汤，为我国军事重镇的典范，而且整体布局如"凤凰单展翅"。成化二十一年（1485年）筑长城，嘉靖年间先后三次修筑长城，万历年间又两次修大同边墙。洪武二十五年（1392年）朱元璋封十三子朱桂为代王，在大同建立王藩，称代王府。洪武二十九年（1396年）置分守冀北道，驻大同府，嘉靖年中期移驻朔州市。

清入关，将行省略作调整。爱新觉罗·颙琰前全国有18省、5个将军辖区、2个办事大臣区，清末把将军辖区也改为省。清代大同府治大同市，隶属山西承宣布政使司（后改为山西省）。顺治六年（1649年）大同府移治阳高卫，名阳和府，大同县移治怀仁市西安堡。直到顺治九年（1652年），府县才复还故治，并从附近县移民逐渐复兴。大同府辖浑源州、应州、大同、天镇县、阳高县、怀仁、山阴、广灵县、灵丘县七县和丰镇厅（乾隆十五年将丰川、镇宁二卫合并为丰镇厅，今内蒙丰镇市）。

民国至中华人民共和国

民国元年（1912年）大同府废府存县，云州区属北路观察使。民国2年5月置雁门道，治大同市，辖雁北13县、忻县专区13县，共26县。后晋北镇守使在大同驻扎。民国16年（1927年）废道后，大同为县，直属山西省。

1937年9月13日，日军侵占大同。10月15日成立“晋北自治政府”，统辖雁北13县。1939年改为“晋北政厅”，隶属为“蒙疆联合自治政府”。1943年又改为“大同省公署”。

在中国共产党的领导下，于大同农村开辟抗日根据地，建立抗日民主政府，坚持抗日游击战争，以北同蒲铁路和京包铁路为界，建立了东西大同市。东大同县属晋察冀，西大同县属晋绥边区。

解放战争时期，大同为国民党政府所统治，成立卫戍司令部和城防司令部，建立雁北“第二战区长官司令部大同领导组”，管辖雁北10县，分第十、十一两个专署。1947年军政分家改为“八、十、十一”三个专署，大同为"第十区行政督察专员公署”，大同县下辖5个区、7个乡、70个治村。“雁北专员公署”、“雁北防卫司令部”驻在大同城内。

1949年5月1日，大同和平解放，以大同城和口泉镇、平旺、王家园等13个村组成大同市，隶属察哈尔省。全市划为5个区。1952年11月察哈尔省撤消，大同复归山西省。1958年大仁县(后分大同县和怀仁市)划归大同市管辖，市隶属雁北专区。同年9月雁北与忻府区合并，称晋北专区（驻大同市），大同隶属晋北专区。1961年晋北专区撤销，大同改为省辖市。1964年恢复大同县、怀仁县仍属市管辖。1965年二县划归雁北专区。1967年大同市改属雁北专区、1972年3月复为省辖市。1993年7月雁同地市合并，称大同市，设四区七县，即城区、南郊区、新荣区、矿区、大同县、天镇县、阳高县、浑源县、灵丘县、广灵县、左云县。

辽重熙十三年（公元1044年），升明朝大同府为西京大同府，治所在今山西大同市，元改为路，明初复为府，清因之。《清史稿·地理志》：“山西大同府，领州二，县七。”辖境多在桑干河流域。大同在辽金元明清时为京师西北门户，被倚为军事重镇，清顾祖禹《读史方舆纪要》：“按大同古云中地，川原平衍，多大举之寇……虏南犯应朔诸城必窥之地也。”隋开皇年间为防御突厥进攻，在大同川即今内蒙乌拉特前旗北建大同城。唐末沙陀人内徙，大同市遂侨置于此，意为“天下大同”，自此大同之名沿用不改。