学校前身是始建于清光绪三十一年(1905年)的“大同中学堂”，此后校址校名几经变迁。1913年，山西省立第三中学正式创建，民国二十三年(1934年)改名为“山西省立大同中学校”，1972年改为“大同师范学校”一直沿用至今。

    建筑坐北朝南，校门由八根方形砖柱组合而成，形成正门和侧门。进入校门后是一字形办公楼，为单层建筑，正面楼外有半出檐的中式廊柱雨棚。办公楼后20多米处便是富丽堂皇的大礼堂，其平面布局构图俨然一头头朝北方的巨型卧象。礼堂后面是12个独立的教室，位于校园中央，南北各4个，东西各2个，形成一个方阵。此外，还有开阔的校园和操场。

    山西省立第三中学旧址的建筑，既保留了我国传统的建筑风格，又吸收了西洋建筑的特色。

    山西省立第三中学旧址，二OO四年八月二十六日由大同市文物局确定为第六批全国重点文物保护单位。