大同市博物馆的建筑形态的设计承袭着大同历史文化的积淀，与龙文化和石窟文化相结合，同时与大同附近火山群的典型地貌特征相暗合，体现了“胡汉交融”的地域文化特征。

博物馆通过对具有升腾动势的异形建筑空间的典型刻画，对这两种文化的冲突与碰撞力图进行更深层次的思考与表达。两个弧形的形体围绕着中央大厅盘旋而起，形成一个放射状的螺旋结构，形体上的脊线强化着建筑的形态。由不同脊线发散开来的端头，上下交错，形成丰富的形体组合。端头的开口则面向不同的城市方向，引入城市景观，形成建筑内部与城市之间的视线关联。