校史最早可追溯到20世紀初的1905年，1913年定名為山西省立第三中學，1921年入駐現址即大同民國老校園。民國二十三年（1934年)改稱“山西省立大同中學”。解放後的1949年改稱“察哈爾省立大同中學”，1952年學校改稱“大同市第一中學”（俗稱“老一中”），1972年更名為“大同師範學校”。在上世紀80年代的10年間，該校開辦有“山西師範大學大同師專班”（通稱“大同師專”），當時與雁北師專齊名。2003年山西省政府撤銷中師建制，設立為“雁北師院大同分院”。2006年4月定名為“大同大學大同師範分校”。學校培養大專層次師資歷史前後累計達20多年。2018年5月30日，大同大學大同師範分校暫時更名為“大同師範高等專科學校” （院校代碼為4114014627 ）。
現在校生3000多人（含三年制高中起點大專和5年制國中起點大專兩類學生），學生全部實行寄宿制封閉式半軍事化管理（平時穿校服，周一至周五如無批准不得出校，上課期間不得留在宿舍，晚上必須上晚自習），教學中注重學生從教技能訓練，成果顯著，歷屆畢業生深受用人單位歡迎，晉北許多學校和行政單位的骨幹都來自於這所學校。
為滿足學生提高學歷層次的需求，學校2005年開始組織在校專科學生參加山西師範大學教育學本科自考，力爭讓優秀學生畢業時同時取得專科、本科學歷。
學校學生在註冊、收費、畢業、獎助學金、專升本（通過全省統一的專升本考試，擇優進入大同大學、忻州師院、長治學院、晉中學院、呂梁學院學習兩年，由這些本科院校發放本科證書，畢業證加注“專升本”字樣），就業指導和服務等方面享有國家師範類高等院校的所有待遇。
2005年學校接受了省教育廳專家組教師教育專科辦學評估，各項指標全部評為良好和合格。
2018年3月,經省政府批准,國家教育部備案,大同師範高等專科學校正式成立。學校辦學定位為職業技能型高校,主要培養專科層次國小及學前教育師資,同時承擔區域發展急需的非師範類技能型人才的培養。學校目前在校生3400餘人,專任教師239人,開設有中文、數學、英語、藝術、現代教育技術、學前教育等專業。
