大同盆地，是山西省最大盆地，中国重要的能源基地。位于省境北部，呈北东—南西向展布，长约200公里，面积5100平方公里。盆地海拔大都1000～2200米。
盆地轮廓明显地受构造控制，以断层与采凉山、六棱山、恒山、洪涛山相接。
东部被六棱山分隔，为桑干河谷地和浑河谷地。河北省阳原县大部分地区，即泥河湾盆地，也属于大同盆地的一部分。盆地边缘为冲沟分割的黄土台地和缓坡黄土丘陵，多为结构疏松的沙质黄土，厚度不大。由盆地边缘向中心依次为：冲沟分割的洪积台地、洪积倾斜平原、湖积冲积平原、河谷冲积平原等地貌类型。局部低洼地带有盐碱化现象。
盆地基底为前寒武纪变质岩系，唯朔州市以东是奥陶纪灰岩。基底地形起伏，在地表有明显反映，如黄花梁隆起，将盆地分为南（山阴）北（大同）两部分。
盆地内松散层以上新统最早，可见盆地形成在老第三纪以后。第四系地层最大沉积厚度约700米，北部有间歇性火山喷发活动及玄武岩流形成的台地和垅岗，当河流切过玄武岩盖时，形成罕见的平原峡谷地貌，盆地表面已受流水切割，桑干河及其支流恢河、浑河、黄水河、御河等流于其间。
盆地处于东南季风的尾闾，年降水量400毫米左右，年均温7℃左右，属温带半干旱地区干草原栗钙土地带，生长最盛的是长芒草。盆地内大同市为著名“煤海”，京包和同蒲铁路的枢纽，建材工业也居全省首位。朔州市为新兴工矿区。
位于省境北部桑干河上游，是一个周围环山东部有缺口的断陷盆地，呈北东—南西向展布，长约200公里，宽约20～40公里，总面积约为6000平方公里。全境除东部有30余座火山和玄武熔岩垅岗外，其余皆为洪积、冲积和湖积物。
盆地周围山麓地带，普遍发育着洪积扇，组合成山麓倾斜平原。大同至朔州一带桑干河两岸，地面平坦宽广，是盆地的中心，是本区农业生产的重点地区，部分地势低洼的地方，排水不良，有不同程度的盐渍化现象。
大同盆地由于地势较高，降水少，风力强和土壤质地粗，加之不合理的垦殖和利用，地面植被遭到严重破坏，风沙肆虐，屡见不鲜，朔州市城东一带，已见到雏形沙丘和沙地。
本区的农业发展应以开发、改良盐碱地和治理风沙相结合，改善农业生态环境，走农、林、牧全面发展之路。
