大同市图书馆新馆占地面积8733平方米，是由美国哈佛大学建筑系主任科恩教授与北京市建筑设计研究院合作设计的。2010年9月6日开工建设，图书馆总建筑面积2万多平方米，占地面积8733平方米，地上四层，建筑高度24米，地下一层，层高6米。图书馆东邻文瀛湖湿地公园，南邻规划路，西邻美术馆，北邻大剧院，馆内设借阅区、书籍收藏储存区、咨询服务区、公共及辅助区域、技术区、书本加工区、行政办公区、后勤部门八个区域，设计藏书约为100万册，可以同时容纳5000名读者进行阅读。2018年11月22日，大同市图书馆开始试运行，正式对公众开放。