历史上曾为北魏都平城和辽、金陪都西京，一度是中国北方政治、经济、文化中心，沟通汉族与北方少数民族文化的枢纽。明初为大同府和山西行都指挥使司驻地，属九边重镇之一。嘉靖及隆庆年间为边贸城镇，设马市，成为中原与蒙古、西域贸易集散地和物资交流中心。1949年以原大同县第一区建市，在城关设4个区，后屡经区划变更至1954年将原一、二区合并为城区。
1996年，城区面积50平方千米，人口约45万人。辖13个街道：南街街道、西花园街道、西街街道、新华街街道、向阳里街道、新建北路街道、北关街道、北街街道、东街街道、新建南路街道、大庆路街道、老平旺街道、南关街道。区政府驻迎宾西路。
2000年第五次人口普查，城区常住总人口537598人，其中，南关街道78518人，北关街道54598人，东街街道26309人，西街街道20156人，南街街道15263人，北街街道32530人，新建南路街道41906人，新建北路街道36756人，大庆路街道32279人，新华街街道78722人，西花园街道24947人，老平旺街道17221人，向阳里街道25015人，振华南街街道53378人。
2010年第六次人口普查，城区常住总人口723013人，其中，南关街道109250人，北关街道110560人，东街街道27660人，西街街道27083人，南街街道18113人，北街街道34510人，新建南路街道53799人，新建北路街道46175人，大庆路街道43101人，新华街街道90687人，西花园街道26418人，老平旺街道15905人，向阳里街道45063人，振华南街街道74689人。
2015年末，城区辖14个街道，136个居委会。
