大同市区位优势突出，公路里程距北京约330公里、太原约290公里、呼和浩特约300公里；为首都之门户，三晋之屏障。大同雄踞晋、冀、内蒙的三角带中，是全国42个综合交通枢纽城市之一。京大高速公路、大运高速公路在同交汇，大呼、荣乌、天大、灵山、同源、广源6条高速公路和大同绕城高速公路连通运营，与北京、太原、呼和浩特、张家口等城市已实现3小时公路互通。“大张高铁”于2015年开工建设，大同融入首都2小时经济圈和“一带一路”2小时经济圈指日可待。2015年全市公路通车里程12546．5公里。其中，高速公路549．3公里。全市公路密度89公里/百平方公里。
京包、同蒲、大秦、京原铁路及口泉支线全部完成电气化改造。作为中国“煤河”大秦铁路的起点，大秦铁路是我国第一条双线电气化重载运煤专线，运煤专列载重量实现了由1万吨至3万吨的跨越，是山西、陕西、内蒙古西部煤炭外运的主通道，是中国最重要的煤炭运输大动脉。大同云冈民航机场，现新增恢复17条航线，架起了通往上海、广州、北京等各大城市的空中通道。
公路
大同是晋北的门户，也是沟通华北与西北省份的桥梁和枢纽，有大运、大塘、大准、大张等10多条公路干线通向全国各地。
全年全市公路通车里程12637公里。其中，高速公路549公里。全市公路密度89.6公里/百平方公里。民用航空航线15条。
年末全市民用车辆保有量67.3万辆，比上年增长10.6%。其中，新注册汽车6.3万辆，下降16.0%；个人汽车55.8万辆，增长11.6%。年末载客小型车保有量49.7万辆，比上年增长13.7%。其中，个人载客小型车48.0万辆，增长14.1%。年末轿车保有量34.3万辆，比上年增长13.0%。其中,个人轿车33.3万辆，增长13.3%。
大同市内有4个长途客运站，分别为长途客运南站、长途客运北站、新平旺客运站以及新南客运站。长途客运南站位于雁同西路20号，主要是运营发往大同周边郊县的长途汽车；长途客运北站位于火车站西200米处，主要是运营发往太原、朔州等省内长途汽车；新平旺客运站位于矿务局百货大楼南100米，主要是发往山西省内县镇以及北京等地的长途汽车；新南客运站位于新建南路699号（大同二电厂北侧），主要运营发往太原、朔州、北京等地的长途汽车。
铁路
京包铁路、同蒲铁路、大秦线、大准铁路等线路以及云冈支线、口泉支线等均在大同交汇，规划中的有大西客运专线和大张客运专线。
大同火车站位于京包线中段，每日有多趟列车开往太原、北京、杭州、包头、沈阳等国内大中城市，是京包线、北同蒲线、云岗支线交会点，是贯通华北、西北物资交流和晋煤外运的枢纽站，技术性质为区域性编组站，业务性质为客货运站，等级为特等站。
大同站分为东场和西场，东场担负着京包、同蒲、大秦、口泉、云岗各方向旅客列车的到发作业和京包上下行货物列车的中转作业以及丰台西～包头西间技术直达列车的增减轴作业。
另外，在京包线设有大同北站，主要办理列车的交会、越行作业。在大同二电厂运煤线设有二电厂站，共有到发线2股，其它站线4股，主要办理二电厂运煤专列的到发和卸车作业。
航空
大同旧南关机场为抗战前阎锡山晋军设立经历晋军机场、日军机场、国民党军机场及新中国第一大同市机场。
大同东王庄机场为世界著名滑翔机比赛场地。
大同（怀仁）机场为军用机场，曾作为大同民航机场。
大同云冈机场为支线机场，占地面积2159亩。飞行区等级指标为4C级，可起降B737-300及以下机型，跑道长2400米，宽度45米，站坪1.65万平方米，机位3个。航站楼面积为8200平方米、站坪24050平方米、停车场7600平方米。2014年大同云冈机场旅客吞吐量完成40.9137万人次，排在全国105位；货邮吞吐量完成2068.5吨，排在全国91位；飞机起降19712架次，排在全国69位