山西煤炭资源丰富，煤田面积达一万三千五百平方英里，素有“煤炭之乡”之称。但大同地区煤炭开发利用始于何时，文献无载。根据大同煤田的煤层露头较多，且又长期自燃的史实，联系在新石器时代，与大同毗连的怀仁县鹅毛口遗址的先民们，已经用火并能从河谷山坡开采裸露的三叠纪凝灰岩、煌斑岩夹层制作石器，推断可能在新石器时期发现煤炭的可燃性并从煤层露头处拾取、利用煤炭。

北魏时期郦道元所著的《水经注》，是最早用文字记载有关大同地区煤层的自燃和煤炭的开发利用。至宋代，冶金、陶瓷等行业广泛用煤作燃料，煤炭在社会经济中的地位日趋重要，大同地区煤炭已被广泛烧用。辽、金、元时，大同地区的采煤业已很发达，冶铁业亦历久不衰，促进了采煤业的发展。明、清时代，煤炭已被广泛应用于冶铁、铸钱、炼硫磺、烧石灰、烧砖、烧陶瓷、酿酒、制药、炼黑矾等。

1840年鸦片战争后，在煤炭市场日益扩大和高额利润的刺激下，一些官僚、地主、商人投资矿业，兴办煤窑。1897年，英意共同出资组建福公司，后福公司独占山西矿权，禁止民间采煤。在民主革命的推动下，山西各界人士和海外留学生为了维护国家主权和山西矿产奋起反抗，山西争矿运动就此爆发。

山西人民不顾福公司和清政府的威胁，学生罢课，工商局罢工罢市，坚决要求废约自办，力争矿权，绅学各界代表向山西巡抚联名禀请创办保晋矿务公司。1907年，山西商办全省保晋矿务有限总公司（简称保晋公司）在太原创立。山西人民以白银275万两将矿产全部赎回自办。

1909年，保晋公司在大同成立大同分公司。继保晋公司之后，大同兴起办矿热潮，规模大的有保晋、同宝、宝恒3家。1918年，同宝公司成立，为私人煤矿，在白洞村、长流水村、青羊湾、刁窝嘴、胡家窑设厂采煤。1920年建立私人煤矿宝恒公司，在白土窑设厂开采。1929年，阎锡山为了开辟财源，着手在军人煤厂的基础上开办晋北矿务局，总部设在大同城内帅府街，下辖煤峪口和永定庄两个矿。1932年，晋北矿务局联合其他公司，成立煤炭分产合销机构-——大同煤业公司（后改称大同矿业公司）。随后，该公司控制了运输煤炭的铁路干线，垄断了大同地区的煤炭销售业务。至此，在大同煤田生产的小煤窑已有近千个，规模比较大的有80多个。

1937年9月，日军侵入大同。将矿区划归伪蒙疆政府管辖，并将晋北矿务局、大同保晋分公司等合并为大同煤矿，委托南满铁道株式会社接管。此时，大同煤矿下设永定庄坑、煤峪口坑、保晋坑、白洞坑、炸药制造工厂。1939年增加岩岭发电厂。1940年成立伪蒙疆特殊法人大同煤矿株式会社，社址设于大同县平旺村。株式会社合并了部分小煤窑，禁止了其余小窑的开采，下辖昭和坑（鹅毛口）、保晋坑（忻州窑）、裕丰坑（煤峪口）、永定庄坑、同家梁坑、白土窑坑、白洞坑、宝藏坑（四老沟）、黑色火药工厂、硝铵制造工厂。1944年增加平旺发电厂。

日军推行的是所谓“以人换煤”的血腥政策，从山西、山东、江苏、河南、安徽、河北等地抓人到大同煤矿当劳工，这其中，有6万多名矿工被摧残致死，平均每出1000吨煤就有4名矿工死去。尤其在1941年夏天到1943年冬天，大同矿区流行传染病，矿工死亡数量增加，日寇成立拉尸队把矿工尸体、身患重病但尚未死亡的劳工矿工直接扔到山谷野外、山洞和废窑中，久而久之，在山西省大同煤峪口的南沟逐渐形成了20多个惨绝人寰的“万人坑”。据统计，“万人坑”内的死者去世时正值青壮年，平均年龄只有32.85岁。

根据“万人坑”幸存者回忆：当时100多个矿工住在一间阴暗的大房子里，生存环境恶劣、卫生条件极差，劳工常常食不果腹。院子外面是日本人荷枪实弹的哨兵和岗楼，每天由日本人押着下井采煤。煤矿生产条件落后，劳工每天必须服苦役十几个小时，被折磨而死者不计其数。

此外，坑中还有大量的良民证、居住证、劳工证明书等证件，在这些证件的背后，是日本侵略者强加在无辜者身上的奴役枷锁，也是日本侵略者对普通百姓实行法西斯统治的直接证据。

从1937年10月到1945年8月，日寇在侵占大同煤矿不到8年的时间里，共掠夺煤炭1400万吨。大同煤矿，这个埋有丰富宝藏的地方，同时也埋葬了我国数十万被日军迫害致死的亡魂。

1945年8月，抗日战争胜利，阎锡山即令晋北矿务局接收了大同煤矿，下辖煤峪口矿厂、永定庄矿厂、同家梁矿厂、四老沟矿厂、忻州窑矿厂、白洞矿厂、白土窑矿厂、平旺发电厂、火药工厂和修缮厂。

1949年5月，大同和平解放，成立了大同煤矿筹备处，隶属于华北人民政府公营企业部，办公地址设在北京东郊民巷26号，后迁至永定庄矿。1949年8月30日，大同煤矿筹备处改称大同矿务局，撤销军事管制，实行厂、矿长负责制，隶属于华北人民政府燃料工业部。建局之初的大同矿务局下辖8矿1厂，职工总人数3000余名，原煤总产量8万余吨，工业总产值140余万元。1950年，大同矿务局由燃料工业部国家煤炭管理总局领导，办公地址也由永定庄矿迁至新平旺。

1950—1952三年国民经济恢复时期，国家对大同矿务局投资2000多万元。煤峪口、永定庄、忻州窑、同家梁、四老沟、挖金湾、马脊梁等主要矿井先后恢复了生产。1953年，大同矿务局隶属华北煤炭管理总局。1954年，划归国家煤炭管理总局。1956年，由煤炭部太原煤矿管理局领导。

“一五”时期，恢复了忻州窑、白洞、晋华宫和胡家湾井，改建了煤峪口、永定庄、同家梁和四老沟井，并开始新建新白洞等矿井。1958年大同矿务局隶属于山西省煤矿管理局。在大跃进期间，为适应形势，全局煤炭产量一上再上，从500多万吨跃增到千万吨，在高指标、瞎指挥、浮夸风错误影响下，违背煤炭生产的客观规律，强行开采，给煤炭生产的持续发展造成了极大困难。

1962年，大同矿务局根据中共中央提出的“调整、巩固、充实、提高”八字方针，开始全面调整整顿。“二五”和调整时期，完成了马武山、新白洞、大斗沟、雁崖4对新井建设，全面改造了永定庄、同家梁矿井，局部改造了土塘、胡家湾、大巴沟、马脊梁等小井。改造了各矿井运输环节和地面生产系统，推广了井下电机车运输，普遍开拓了采区煤仓。1967年，成立了大同煤矿革命委员会，由大同市革命委员会领导。

1970年，大同煤矿革命委员会改称大同矿务局革命委员会，并由山西省煤炭化工局领导。1976年隶属于山西省煤炭工业管理总局。“三五”和“四五”时期，先后对煤峪口、忻州窑矿的二水平进行了开拓延伸，扩建了大巴沟、马脊梁矿平峒井；晋华宫矿大井、云冈矿一期工程竣工投产；接收了王村矿。1979年，大同矿务局革命委员会改称大同矿务局。

进入80年代，全国最大的井工型矿井四台矿井开工兴建。从1974年开始的各矿井提升、运输、通风、筛分、装车等生产环节系统的全面改造，到1984年基本结束，使矿井综合环节生产能力由1844万吨/年提高到2817万吨/年。1985年，大同矿务局划归煤炭工业部直接领导。1988年由能源部中国统配煤矿总公司领导。

进入“七五”时期，燕子山、四台矿新井建成投产，四老沟、晋华宫、王村矿改扩建完成，马脊梁、云冈矿改扩建开工。全局形成了以综采为重点，以高档普采、普采为补充的机械化采煤新格局，并由劳动密集型向技术密集型转化，综合机械化采煤设备向国产化、系列化发展。

2000年7月29日，大同矿务局改制为大同煤矿集团有限责任公司，企业制度由计划经济的工厂制转向市场经济的公司制。2003年底，山西省委省政府重组晋北主要煤炭生产和销售企业，成立了新的大同煤矿集团有限责任公司。2005年12月，大同煤矿集团有限责任公司完成了债转股改制，成为七家股东持股的集团公司，建立了新的产权结构和法人治理结构。重组后的同煤集团地跨大同、朔州、忻州三市（县），以大同、宁武、河东（北部）煤田为资源基地，煤田储量892亿吨，拥有47对矿井，20万员工，70万员工家属，所属子公司、分公司和二级单位139个。

2005年，大同煤矿集团煤炭产销量突破1亿吨，居全国第二，销售收入258亿元，上缴税费23亿元，员工人均年收入突破2万元，已形成以煤炭生产为主，电力、机械制造、钢铁生产、工程建设、化工、建材、物业、旅游等多业综合发展的特大型现代化企业，在中国大中型企业竞争力500强排名中名列94位。2006年6月，大同煤业A股在沪市成功开盘上市，标志着同煤集团首次挺进资本运营市场。

大同煤矿集团公司的发展凝聚着党和国家领导人的关怀，江泽民、吴邦国、曾庆红、黄菊等领导先后视察过大同煤矿，给广大矿工带来了极大的温暖和鼓舞。特别是改革开放20多年来，同煤集团在技术装备、管理水平、效率效益、安全等方面均居全国同行业领先水平，多次受到国家、部、省、市的表彰奖励，先后荣获全国“五一”劳动奖状、企业管理最高奖“金马奖”、“全国百家知名企业第一名”、 “中国煤炭采选大王”等多项荣誉。连续十年被评为全国思想政治工作优秀企业。2005年入选“对中国经济社会发展贡献突出企业”。

企业成立60多年来，为国家经济建设和社会发展做出了巨大的贡献，累计为国家生产优质煤炭21亿吨，上缴利税近500多亿元。在煤炭营销中创立了享誉世界的“大友”煤炭品牌，行销全国各地，并远销日、韩及美、法、意等欧亚国家，以低灰、低硫、高发热量的优质动力煤被海内外用户誉为“工业精粉”。在三个文明建设中荣获国家企业管理最高奖“金马奖”、“中国煤炭采选大王”、全国“五一”劳动奖状、全国职工思想政治工作优秀企业等多项荣誉，并涌现出一大批如马六孩、李满仓等全国劳动模范、青年技术标兵等英模人物。

2005年，大同煤矿旗下的晋华宫煤矿取得了国家矿山公园建设资格，为企业可持续发展创造了有利条件。2018年1月，大同煤矿入选第一批中国工业遗产保护名录，在新的时代逐渐焕发出新的生机。