新馆占地5600平方米，其中展厅面积为1800平方米，展陈面积与旧馆相比增加了3倍。同时，在文物保护、展示收藏、安全防卫、科学研究等方面都有了质的飞跃。据馆长王利民介绍，在新馆的展陈设计上，他们以大同古代对华夏文明的特殊贡献为视角，突出了帝都、边塞在古代汉族和北方少数民族的文化交流、贸易融通、军事往来、民族融合等各方面的独特作用，揭示出大同自古以来开放、包容、追求和谐、顽强生存的可贵品质，而这些精神同样为今日大同所需要。馆藏文物1.3万余件，一级品132件。多数为地方出土文物。市民见面的1000余件珍贵文物中，有一半是初次展出的珍稀藏品。
大同市博物馆1958年筹建，1959年开放。初名大同市文物陈列馆，1963年改为大同市博物馆。1989年在西门外繁华区展览馆开辟了大同市博物馆二部。大同博物馆经历50年的发展成为了山西省第二大历史博物馆。博物馆原设在华严寺院内，由于展厅逼仄，大量一、二级珍稀文物沉睡库底，不见天日。2006年，大同市开始建设新博物馆。新馆占地5600平方米，其中展厅面积为1800平方米，展陈面积与旧馆相比增加了3倍。2009年1月16日迁址于红旗广场的新馆免费开放。
位于红旗广场的博物馆新馆。4个展厅分为“平城时代”“百川汇流”“名城史略”“瓷路撷珍”，突出呈现了大同作为北魏京都的绚烂画卷。许家窑披毛犀化石、唐代菱花形花卉纹铜镜、司马金龙墓出土的仪仗队伍俑群、宋绍祖墓石椁、波斯银币、鲜卑佩饰、北魏青瓷，件件珍品让人目不暇接。与市民见面的1000余件珍贵文物中，有一半是初次展出的珍稀藏品。此次展出的1000余件精品文物，一部分是从馆藏文物中精选而出，一部分是由县区文管所借调。
首次露面的400件精品文物，如北魏时期的玻璃器皿，元代时期的金银器等文物，都是过去从未公开展示过的文物精品。尤其是“镇馆之宝”元代影青釉广寒宫瓷枕，以前由于条件所限无法与市民见面，这次将一现真容。
该馆展出的大同城南门外北魏建筑遗址出土的石雕方砚，是罕见的石雕艺术精品。鎏金高足铜杯等是来自波斯(今伊朗)萨珊王朝的珍贵文物。北魏司马金龙墓出土的石雕棺床、石雕柱座及木板漆画，为研究中国古代书法、绘画、雕刻、漆工艺等提供了宝贵的资料。
这件大同城西五里店出土的宝贝是元青白瓷的佼佼者，采用了四面镂空的宫殿式建筑，配有四组神话故事，正面为广寒宫的神话传说，极具文物价值，是国内瓷器中罕见的景德镇窑的艺术珍品。
