大同市第二實驗中學前身為大同市機車中學，學校是山西省示范高中、大同市課堂教學改革先鋒學校，承擔著一些國家和省級教育教學科研課題。學校擁有56年的辦學歷史，曾經產生過1996、2004年全市高考文科狀元，2012年全市中考狀元；學生女足、男足雄霸山西多年。
學校是一所完全中學，原屬大同機車廠子弟學校，2006年12月劃歸大同市政府管理，目前，學校高中教育教學水平位居城市學校第二集團（18所高中），初中位列城市學校前八名（原為29所、現為21所）。
學校規模為高中12軌（12個班）、初中8軌（8個班），教職工編制255人。現有教學班58個（高中34個、初中24個），在校生3400人（高中生2000人、初中生1400人），教職工276人（外聘31人）。
學校占地10公頃，校園規劃分區基本分為教學區、生活區和運動區。現有建筑單體8個，面積5萬平方米，擁有400米標準田徑場地、體育館、籃排網球場地、天文館，校園基本實現園林化。
學校擁有一支較理想的教師隊伍，管理制度健全。學校在教育教學領域大膽施行改革，高中部構建了“327”課堂教學模式，已有4年的實踐體會，初中部也于去年推行以“自主、合作、探究”為主導的課堂教學改革，并取得明顯成效。學校德育工作富有示范性，體育和藝術教育特色明顯。經過多年的辦學實踐，學校教職員工積累了豐富的辦學經驗，形成了正確的教育觀、學生觀和校園文化觀。
2014年1月，新的學校領導班子組建后，繼承學校的優良傳統，以豐富學校內涵、提升學校形象為目標，乘百校興教工程之東風，大膽作為，積極謀求發展。學校科學編制三年發展規劃和校園建設規劃，緊緊圍繞教育教學中心工作，在教學、人事、分配領域穩步推行改革，大力改善辦學條件，充分激發校園人活力，呈現出了人心思進、共圖發展的良好態勢。經過多年的辦學實踐，學校形成了崇學向善、求實創新和自強不息的校園文化價值觀，教學基礎扎實，師資力量雄厚，培養了數以萬計的合格公民，其中不乏地方乃至國家人才。素質教育、改革創新、開放辦學一直是學校發展的主旋律。
未來的三年，學校將以規范、改革、發展為主線，積極調動校園人的積極性和創造性，打造文化校園、全面育人校園、教改示范校園、和諧校園和清風正氣的校園，學校育人功能得到進一步完善，育人能力進一步增強，育人水平進一步提升，師生及家長、社會對學校的認同度進一步提高。
學校具體的發展目標是：硬件達標、隊伍優良、教學優質、功能完備、環境優美、師生認同、社會滿意，將學校建成為市區西南片區的優質資源校，高中躋身于市區第二集團前列，初中位列市區前茅。