大同縣位于山西省北部，大同盆地東北邊沿。東與陽高縣毗連；北屏采涼山、馬鋪山與大同市北郊接壤；西隔御河緊靠大同市；襟連左云、懷仁；南與渾源縣相接。縣境東西相距約45千米，南北相隔約60千米，全縣總面積1501平方千米。總人口17萬人（2008年）。轄3個鎮、7個鄉：西坪鎮、倍加皂鎮、周士莊鎮、吉家莊鄉、峰峪鄉、杜莊鄉、黨留莊鄉、瓜園鄉、聚樂堡鄉、許堡鄉，以及經濟技術開發區、湖東辦事處、東街辦事處、西街辦事處。縣政府駐西坪鎮。
地勢南北高中部低，形成山川相間之槽型盆地。南、北部為土石山區，占全縣總面積的14％；東北部為丘陵溝壑區，占49％；中部為平川區占37％。縣南有大頭頂、馬頭山，北部有采涼山，海拔2144.6米，為境內最高峰。平均海拔在1100米左右。桑干河自西而東穿流縣境南部，御河由北而南至縣境西部匯入桑干河。屬溫帶大陸季風氣候，年均降水量為391.5毫米，年平均氣溫為5～7℃。全年日照時數為2973小時，無霜期為125天左右。京包鐵路、大秦鐵路、宣大高速、109國道以及301、203、302省道過境。名勝古跡有大同火山群、省級重點文物保護單位吉家莊新石器遺址等。