大同市第二实验中学前身为大同市机车中学，学校是山西省示范高中、大同市课堂教学改革先锋学校，承担着一些国家和省级教育教学科研课题。学校拥有56年的办学历史，曾经产生过1996、2004年全市高考文科状元，2012年全市中考状元；学生女足、男足雄霸山西多年。
学校是一所完全中学，原属大同机车厂子弟学校，2006年12月划归大同市政府管理，目前，学校高中教育教学水平位居城市学校第二集团（18所高中），初中位列城市学校前八名（原为29所、现为21所）。
学校规模为高中12轨（12个班）、初中8轨（8个班），教职工编制255人。现有教学班58个（高中34个、初中24个），在校生3400人（高中生2000人、初中生1400人），教职工276人（外聘31人）。
学校占地10公顷，校园规划分区基本分为教学区、生活区和运动区。现有建筑单体8个，面积5万平方米，拥有400米标准田径场地、体育馆、篮排网球场地、天文馆，校园基本实现园林化。
学校拥有一支较理想的教师队伍，管理制度健全。学校在教育教学领域大胆施行改革，高中部构建了“327”课堂教学模式，已有4年的实践体会，初中部也于去年推行以“自主、合作、探究”为主导的课堂教学改革，并取得明显成效。学校德育工作富有示范性，体育和艺术教育特色明显。经过多年的办学实践，学校教职员工积累了丰富的办学经验，形成了正确的教育观、学生观和校园文化观。
2014年1月，新的学校领导班子组建后，继承学校的优良传统，以丰富学校内涵、提升学校形象为目标，乘百校兴教工程之东风，大胆作为，积极谋求发展。学校科学编制三年发展规划和校园建设规划，紧紧围绕教育教学中心工作，在教学、人事、分配领域稳步推行改革，大力改善办学条件，充分激发校园人活力，呈现出了人心思进、共图发展的良好态势。经过多年的办学实践，学校形成了崇学向善、求实创新和自强不息的校园文化价值观，教学基础扎实，师资力量雄厚，培养了数以万计的合格公民，其中不乏地方乃至国家优秀人才。素质教育、改革创新、开放办学一直是学校发展的主旋律。
未来的三年，学校将以规范、改革、发展为主线，积极调动校园人的积极性和创造性，打造文化校园、全面育人校园、教改示范校园、和谐校园和清风正气的校园，学校育人功能得到进一步完善，育人能力进一步增强，育人水平进一步提升，师生及家长、社会对学校的认同度进一步提高。
学校具体的发展目标是：硬件达标、队伍优良、教学优质、功能完备、环境优美、师生认同、社会满意，将学校建成为市区西南片区的优质资源校，高中跻身于市区第二集团前列，初中位列市区前茅。