大同機車技師學院創建于1958年。1985年被確定為鐵道部重點技工學校，1991年經山西省重點技工學校評估組全面評估，以全省最好成績評定為省級重點技工學校。1994年學校全面通過了國家勞動部的評估驗收，被確定為國家級重點技工學校，是山西省首批進入國家重點技工學校行列的機械類技工學校。1994年10月學校設立山西機械行業國家職業技能鑒定所。

2004年5月經國家勞動和社會保障部批準確定為高級技工學校，并被中國北車集團確定為電力機車培訓基地，2005年11月被勞動和社會保障部批準為國家高技能人才培訓基地（機電項目），2006年3月被批準為技師學院，2006年通過了ISO 9001質量管理體系認證審核。2008年被國家勞動部確定為國家高技能人才培養示范基地。2012年學校被批準為國家中等職業教育改革發展示范學校立項建設單位。

大同機車技師學院位于美麗的歷史文化名城山西省大同市，北面距離世界文化遺產“云崗石窟”僅20公里，南面緊鄰京大、大運高速公路，環境優美，景色宜人，是學習、工作、生活的理想場所。建校57年來，學校辦學規模不斷擴大，辦學條件根本改善，教學質量穩步提高，辦學層次日益提升，辦學實力顯著增強，累計培養合格的具有中、高級操作水平的畢業生4萬余名。

目前大同機車技師學院占地面積77922平方米，建筑總面積78295平方米，現有在校中等職業學生4000余人，各類函授學員1000余人。學校設有機床切削加工、數控加工、電氣自動化設備安裝與維修、冷作鈑金加工、機械設備裝配與自動控制、焊接加工、鉚焊加工、計算機動畫制作、汽車維修等專業（工種），并開設了相應的高級工班和技師班。