大同市在大地構造上處於華北地臺的山西臺背斜與陰山隆起的交接部位。北為北口隆地，西南為大同──靜樂凹陷，東南為桑幹河新斷陷。本區域在多期的地殼構造變動中形成了一系列的構造形跡，尤其以燕山運動和喜馬拉雅山運動的影響最為明顯，新構造運動相當發育、地震活動也較為頻繁。

　　在地貌構成上，大同的山地面積為278平方公里，佔總面積的13.4%；丘陵面積為1177平方公里，佔總面積的56.6%；平川面積為626平方公里，僅佔總面積的30%。其中，山地、丘陵主要集中于西、北及東北部地區，而平川區位於東南部。這就構成了大同市西北高、東南低，地形由西北向東南傾斜的主要特徵。