該館曾舉辦了《歷史文物陳列》、《北魏出土文物專題陳列》、《歷代綜合藝術陳列》、《石雕藝術陳列》、《遼代文物專題陳列》、《大同簡史陳列》等展覽。

  
　該館展出的大同城南門外北魏建筑遺址出土的石雕方硯，是罕見的石雕藝術精品。鎏金高足銅杯等是來自波斯(今伊朗)薩珊王朝的珍貴文物。北魏司馬金龍墓出土的石雕棺床、石雕柱座及木板漆畫，為研究我國古代書法、繪畫、雕刻、漆工藝等提供了寶貴的資料。大同城西五里店出土的元代影青廣寒宮瓷枕是國內瓷器中罕見的景德鎮(zhèn)窯的藝術珍品。

 
　大同市博物館在華嚴寺院內。有４個展室，１個旅游服務部，陳列面積為２３８平方米，展出歷史方物，動植物化石３８０余件。其中有在大同市新榮區(qū)高墩村發(fā)現的長達１０余米的恐龍脊椎化石，在大同城西青瓷窯發(fā)現的文化遺址模型。

館內還陳列有春秋，戰(zhàn)國時代的鼎、壺、戈、劍等，還有從大同東郊石家寨司馬金龍墓內出土的文物４５０余件，其中有一批是極為珍貴、罕見的藝術品。