距今二三百万年前，今日的大同盆地曾是一片碧波荡漾、烟波浩渺的湖海。湖边生活着30多种哺乳动物，有第三纪留下来的长鼻三趾马和爪蹄兽，还有第四纪的标准动物种属，如原始牛、三门马、巨骆驼、板齿犀、新猎豹、剑齿虎、四不象鹿、转角羚羊、李氏野猪等。
湖里生活着泥河湾多刺鱼和鲤鱼，湖中的浅水区域栖息着大量的丽蚌、泥湾螺……有一天，突然地动山摇，大同火山爆发了，灼热的岩浆从地球深处喷出，大同湖就象煮开的一锅沸水，波涛滚滚，水蒸气腾空而起，雾笼罩着湖面，异常的气体充满了空间。
在漫长的岁月里，火山时停时喷发，岩浆最终冲破湖积层，露出水面，成状貌奇特的山丘，这就是大同城东60里外著名的大同火山群。又过了若千万年，大同火山熄灭了。湖水在地壳变动中切开石匣山口，一泻而尽，湖底裸露，出现了今日的大同盆地。谁料到，又过了若万年之后，一座以“塞上煤都”著称于世的现代工业城市会屹然崛起在这片充满神话色彩的土地上。
夏商之际，北方少数民族戎狄、娄烦的游牧部落迁徙此地。
公元前2，秦始皇派遣大将蒙恬在此地以西40里处“筑长城于武周塞内，以备胡”。
公元前200年，汉高祖刘邦置平城县于大同，时值韩王信叛汉降胡，联合匈奴欲攻太原。刘邦亲率32万大军与之交战。追至平城白登山(即今大同城东之马铺山),被匈奴围困七天七夜，这就是历史上著名的“白登之战”。为了加强防务，刘邦封其子刘盈(惠帝)为代王，镇守平城，至此，平城作为北方军事重镇，与白登山一道名振中原。
公元四世纪末，自北魏道武帝拓跋珪在平城称帝建都始，相继七帝历经90年。其时，大兴土木、构筑皇宫，开创了大同城建史上的第一个黄金时期。该期建筑计有天文殿、天华殿、紫极殿、东宫、西宫、万寿宫等大型宫舍楼台建筑60多座，与此同时，开凿了云冈石窟、鹿野苑石窟、方山石窟，兴建了大中型寺院数十座，当时的平城人口达120万，是世界级的大都市之一。
又，辽金时期，大同作为陪都西京200年之久，此间掀起了一个大规模兴建佛寺巨刹的高潮。如雄宏巍峨的华严寺、庄严古朴的普化寺，精巧玲珑的观音堂等，修建大中型寺院数十座，遂使大同的建筑、雕塑、绘画艺术达到一个新的高峰堪称为大同城建史上的第二个黄金时期。意大利著名旅行家马可波罗在其《游记》中盛赞大同是“一座宏伟而又美丽的城市”。
明王朝开国伊始，朱元璋派遣中山王徐达镇守大同。洪武五年(公元372年),徐达督率军民“因旧土城之畔增筑”镇城，迎来了大同城建史上的第三个黄金时期。遂使大同城的城池规制得以完备体现。大同城镇略呈正方形。城墙皆以规整有序的石条、石板、石方、石柱为基础。墙体用“三合土”逐层夯实。墙高四丈二尺，厚达三至五丈，墙表外围砌以每块36斤重的青色城砖。
为了防范敌军破门直入，四道城门均筑有瓮城和吊桥，在坦荡如砥的城墙上，四座门楼、四座角楼巍然矗立，雄伟壮观。54座望楼、96个窝铺、580多对垛墙间隔而立。城墙外围一改直线条传统构筑法，四围加筑了50个角墩、墙墩，通观墙体，凸凹相间，如轮齿一样排列有致。每当夏秋之季，深约丈五、宽达三丈的护城河水环抱大同城，但见波光泠泠，倒影着城墙、垛口和诸多楼台建筑，那壮美的气势，秀丽的景色，足以令人心旷神怡，流连观赏。
站在城墙上任何一个部位，都可以鸟瞰全城，各种建筑尽收眼底。城中心矗立着一座由四个斗拱木质牌坊联为一体的方形建筑，为弘扬徐达筑城的功德而树，名曰“四牌楼”。坊顶镶嵌绿色琉璃瓦，檐下坊额名书四条大街之名称：东曰阳和，南曰水泰，西曰清远，北曰武定。
四大街的中段各建一楼，西有钟楼，北有魁星楼，东有太平楼，南有鼓楼。以四条大街为主干，将全城划为四大片，每片又以十字街将其分为四块，每块再由两层十字街分为若干小块，建筑考究的居民四合院陈列其间。故而大同街道有四大街、八小巷，七十二条绵绵巷”的说法。 几乎所有的小巷首尾，都有规模不一的寺观楼阁建筑。其时，城内寺观相望，殿堂壁连，晨钟暮鼓，香烟缭绕，经诵不绝，回荡全城，加之城楼、角楼等森严建筑，大同俨然佛国胜地。
继徐达筑城之后，大同巡抚年富于景泰年间增筑北关小城一座，巡抚韩雍于天顺年间续筑东关小城、北关小城各一座至此，大同城的建筑格局日趋完善，时人称“凤凰城”。以镇城为凤体，南小城为凤头，南关小街为凤颈，北关小城为凤尾，东关小城为凤之左翅，独西关无小城，右翼蜷伏，纵观城池总体布局恰似“凤凰单展翅”。明代大思想家、诗人李贽有诗赞曰：“此城真与铁城同”。明代大同的城池建筑，堪称我国历代军事重镇建设规划的杰出典型。
如今的大同城，更是新楼簇簇，市容整洁，四大街及其它主街道上，车流顺畅，人流穿梭；街道两侧的大商场、大饭店栉比排列，装潢考究，竞相豪华。
每逢假日，文瀛湖、御河生态园、十里河生态园，环古城护城河生态园，人涌如潮，一对对情侣，一群群儿童，一家家老少，或在碧波上荡舟，或在林荫间散步，或在亭台廊榭前留影，酿造生活甜蜜的大同人，尽享着生活的温馨。
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