大同有煤炭、水泥石灰巖、石墨、熔劑白雲巖、高嶺巖、金雲母、玄武巖、大理巖、耐火粘土等礦產資源。
煤炭資源：大同市坐落在大同煤田的東北部，其煤炭資源屬於地質概念的“大同煤田”的壹部分。大同市含煤地層為侏羅紀大同組，石炭系太原組、山西組。侏羅紀大同組含煤面積全市達540平方公裏，保有儲量58.7億噸，累計探明儲量65.5億噸，現在大規模開采的產要是這壹部分。對石炭系煤，大部分只作了普查工作，勘探程度不高，累計探明儲量為117億噸。該煤種灰分較高，質量遠不如侏羅紀系煤，屬氣煤類。
石墨資源：該礦產埋藏於前古生代的集寧群地層中，屬沈積變質型，全省唯此，分布在市區北部的宏賜堡、六畝地兩處。它們屬於同壹成礦帶，總探明儲量石墨礦石5162.3萬噸，內含石墨224.7萬噸。其中，宏賜堡表內保有儲量石墨礦石3913.3萬噸，內含石墨163萬噸，平均含碳量3%-4%，高則超過10%。六畝地表內保有儲量石墨礦石1248.4萬噸，內含石墨61.7萬噸，平均含碳量4.9%。它們均為富礦型。
水泥石灰巖資源：主要產於上寒武系的海相地層中，總儲量為21517.6萬噸，主要分布於七峰山礦區與狼兒溝礦區，水文地質條件簡單，現已大規模開采。
熔劑石灰巖資源：儲存於中、上寒武統地層中，屬層狀海相沈積礦床，累計探明儲量7019.2萬噸，分布於口泉西部地區。
熔劑白雲巖資源：主要產於下奧陶統地層中，層位穩定，規模大，質量好，多為二級品。埋藏淺，地質條件簡單，極利於露天開采。累計探明儲量5353萬噸。
高嶺巖資源：儲存於石炭二叠紀的煤系地層之中，與煤***生。本市的高嶺巖儲量大、層位穩定、雜質少，是陶瓷生產的優質添加原料。目前，勘探程度很低，只作為煤礦的伴生礦來開采。
玄武巖產於晚第三系地層之中，探明儲量為17424.35萬立方米，其中孤山區有644.3萬立方米，寺兒梁區有16780萬立方米。
森林資源：到解放前，全市森林覆蓋率僅有2.5%。解放後，經積極的人工營造，林業有了較大的發展。目前，大同市***有森林42萬畝，主要集中在東北部的采涼山區，其它地區也有零散分布，均為人工森林，但大同市仍是壹個少林地區。
草地資源：全市牧坡草地的面積***有480331畝，占全市土地總面積的15.3%，約為耕地面積的壹半。其中，面積在300畝以上的大片牧坡草地約269875畝，占全市土地總面積的8.6%；面積在300畝以下的零星小塊草地（指在農耕區村邊、地邊、水邊、路邊的四邊草地）***有210456畝，占全市土地總面積的6.7%。大片草地主要分布在山區及部分河灘處，是發展畜牧業生產的重要基地。大同道士口的羊名氣較大，因它所吃的草中含有許多藥材，所以羊肉肥嫩且無膻味。
野生植物資源：大同市屬於幹草原的植被類型，因此植物種類比較少，但是野生植物還是大有潛力可挖的。大量的禾本科、豆科草類是發展畜牧業的優質牧草，麻黃、甘草等野生藥材植物具有很大的經濟價值。山區還生長著許多可供觀賞的野生花卉植物，如石竹、山丹、飛燕草、野菊、紫菀、唐松草、黃刺玫等。大量分布著的胡頹子科野生灌木棗沙棘，不僅是沙荒造林的先鋒灌木，而且在其桔黃色小珍珠似的果實中含有250種天然化合物。它的形態特征、生理活性和應用價值均與低海拔地區的植物有明顯差異，且很少受環境汙染。其維生素C的含量是素被稱作“維生素C之王”的獼猴兩至三倍，最高可達到1900毫克/100克。早在壹千多年前，我國就把沙棘作為壹種重要的藏藥來治療冠狀動脈硬化性心臟病、皮炎、褥瘡、角膜炎、婦科白斑病等。後來又發現沙棘中所含的各種活性成份能有效地防止失重對人體造成的危害；且是良好的皮膚營養品，具有明顯的抗輻射作用，故從沙棘中提制的汁、油、精，已在國外摻入宇航員的食品中，還將它作為高級化妝品的營養添加劑。
除以上的野生植物資源外，大同還有壹部分野生動物資源。由於城市發展、人口密集和生態環境的變化，導致野生動物或遷徙或減少，特別是珍稀動物越來越少了。據調查，大同市陸棲脊椎動物約有壹百多種，其中鳥類約70種，獸類約24種。數量較多、經濟價值較大的有黃鼬、草兔等；數量較少、經濟價值較大的有石貂、狼、狐貍、狗獾等；數量較多但個體經濟價值不大的有石雞、野鴿、麻雀和各種野鼠；具有開發利用前途而尚未被重視的動物有鼢鼠及多種雞禽、鳥類等。
水資源
大同市的本地水資源總量為1.42億平方米，人均水資源量僅為111立方米，為全國人均占有量的9%左右，水資源十分貧乏。
市現在的用水狀況是：工業與生活用水占80%，農業用水占20%。雖然水資源開發利用率已達67.5%，但年缺水量仍為2000多萬立方米。為此，“七五”期間先後改造、新建節水工程135項，年節水能力達2900萬噸。“七五”的5年，全市計劃取水58740萬噸，實際用水52682萬噸，***節水6058萬噸，相當於市自來水公司壹年的供水量。萬元產值取水量由1985年的297噸下降到1990年的210噸，下降29.3%。工業用水重復利用率已經由1985年的58.1%提高到1990年的71.3%。
大同市采取節流與開源並重的方針，在強化節水意識，采取多種措施提高重復利用率的基礎上，進行了引冊田水庫和黃河水濟市的工作，以最終解決“水荒”問題。
大同煤田地理位置為東經113゜7′左右，北緯約40゜4′，地跨大同、右玉、平魯、左雲、朔州等市縣，大致為壹長方形、走向東北至西南，長85公裏、寬30公裏，總面積為1827平方公裏，煤炭總儲量718億噸。其中，大同市境內占有含煤面積632平方公裏，累計探明儲量376億噸。
大同煤田有兩個煤系：侏羅紀煤系與石炭二叠紀煤系。侏羅紀煤系，原形成於印支運動後期的坳陷盆地，以後由於燕山及喜馬拉雅山運動的影響，被卷入新華夏系多字型構造中，為單壹的弱粘結煤。侏羅紀煤系與石炭二叠紀煤系***有可采煤層18層，其中侏羅紀煤系有可采煤層15層、石炭二叠系有可采煤層3層，兩者總厚度為26米，相當於壹座七層大樓的高度。
大同煤田不僅儲量大，而且煤質也好。正在開采的侏羅紀煤系，是最好的動力用煤，被稱為“世界動力煤細糧”。它有五大特點：第壹是火力強，壹般的煤每公斤發熱量只有5000~6000大卡，只能燒開9~10公斤水；大同侏羅紀煤每公斤發熱量卻達約8000大卡，能燒開11~12公斤水。第二是灰分低，壹般的煤灰分都在10%~20%，即每百斤煤燒完後要留下10~20斤灰渣；大同侏羅紀的煤灰分只有5~8%，即每百斤燒完後只有5~8斤灰渣。第三是硫、磷等雜質少，大同侏羅紀煤含硫小於1%，含磷只有0.29%。第四是揮發分高，大同侏羅紀煤揮發分含量都在30%~34%間，用作燃料很容易點燃，宜於制煤氣，並且是加工轉化成煤化工產品的好原料。第五是硬度高。煤質堅硬開采起來費點事，但在運輸上，特別是長途運輸就很方便了。大同的優質煤很早就遐邇聞名，從前，北京、天津壹帶的煤商都用“口泉大塊”作為招徠顧客的商標。現在大同煤更是國家建設不可缺少的工業原料。
此外，大同煤田還具有優越的開采條件。首先是它的煤層離地表很近，開鑿井筒壹般只要鑿下去60~100米就能見煤，最深的部分也不超過400米，因此，建井快、投資少。第二，煤層傾斜度小，壹般的斜度都在5%左右，便於機械開采。第三，頂板堅硬，頂板巖石多是堅硬的膠質巖石，有的地方采空了幾十年，頂板巖石還掉不下來。第四，瓦斯量少。第五，地下水少。壹般礦井湧水量都在每分鐘6~7噸左右，甚至更多，大同煤礦還不超過1噸，排水設備可節省。