该馆曾举办了《历史文物陈列》、《北魏出土文物专题陈列》、《历代综合艺术陈列》、《石雕艺术陈列》、《辽代文物专题陈列》、《大同简史陈列》等展览。

  
　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，为研究我国古代书法、绘画、雕刻、漆工艺等提供了宝贵的资料。大同城西五里店出土的元代影青广寒宫瓷枕是国内瓷器中罕见的景德镇窑的艺术珍品。

 
　大同市博物馆在华严寺院内。有４个展室，１个旅游服务部，陈列面积为２３８平方米，展出历史方物，动植物化石３８０余件。其中有在大同市新荣区高墩村发现的长达１０余米的恐龙脊椎化石，在大同城西青瓷窑发现的文化遗址模型。

馆内还陈列有春秋，战国时代的鼎、壶、戈、剑等，还有从大同东郊石家寨司马金龙墓内出土的文物４５０余件，其中有一批是极为珍贵、罕见的艺术品。