截至2020年6月，大同市下辖4区，6县共10个行政区域。
市辖区
1.新荣区
新荣区，是山西省大同市的一个市辖区，位于山西省境北部，大同市境西北部。北靠长城与内蒙古自治区丰镇县交界，东与阳高县、东南与本市云州区、西与左云县接壤，南与本市云冈区和平城区为邻。素有“大同后花园”之说。
2.平城区
平城区，隶属于山西省大同市，位于大同市中部，大同盆地中心。
2018年2月，撤销大同市城区，设立大同市平城区。平城区有上下华严寺、善华寺、九龙壁、明代古城墙、法华寺、鼓楼、朝阳寺、清真寺等名胜古迹。
3.云冈区
云冈区，隶属于山西省大同市，为大同市下辖的四个市辖区之一，距大同市中心约12.5千米。云冈区境内有世界著名文化遗产——云冈石窟。
4.云州区
云州区，为山西省大同市的一个新的市辖区，位于山西省北部，西与本市新荣区、平城区、云冈区接壤，东北与阳高县毗邻，南、西南与浑源县、怀仁市相接。2018年2月9日，国务院批复撤销大同县，设立大同市云州区。
县
5.阳高县
阳高县是山西省大同市下辖县，西汉置高柳县，金改名白登县，清雍正三年（公元1725年）改称县名。
阳高地处山西省东北部，北隔长城与内蒙古自治区相邻，南与浑源、广灵为界，西与云州区毗邻，东与天镇县、河北阳原接壤，总面积1678平方公里。
6.天镇县
天镇县，位于山西省大同市东北端，隶属于山西省大同市。地处晋、冀、蒙三省（区）交界处，东临河北省怀安县，南毗河北省阳原县，西接阳高县，北楔内蒙古兴和县，素有“鸡鸣一声闻三省”之称。
7.广灵县
广灵县，隶属于山西省大同市，位于山西省东北边陲，北岳恒山东襟。东与河北省蔚县毗邻，南同灵丘县接壤，西连浑源县，北接阳高县和河北省阳原县。境内有汉白玉石林、小悬空圣泉寺等景点。
8.灵丘县
灵丘县，隶属于山西省大同市，位于山西省东北部，大同市东南角。灵丘县有平型关战役遗址、赵武灵王墓、觉山寺等旅游景点。
9.浑源县
浑源县，隶属于山西省大同市，位于山西省东北部，地处桑干河支流浑河中上游。东接广灵，西毗应县，东南部以恒山与灵丘、繁峙县分界，北面由六棱山与云州区、阳高县相连。
浑源始置于西汉，定名于唐，因浑河发源于县境内，故名浑源县。境内有恒山，悬空寺等景点。
10.左云县
左云县，隶属于山西省大同市，左云县地处塞北高原，东靠大同，西接右玉，南邻朔州，北眺呼市。左云历史悠久，十几万年前就有人类在这里居住生活。
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