全厂占地面积453.56公顷（6803.45亩）。一期工程于1978年10月14日破土动工，1984年6月30日1号机组投产发电，到1988年11月25日一期工程全部完工，共安装六台国产20万千瓦发电机组，总装机容量120万千瓦，年发电量70亿千瓦时以上。和一期同步建成的500千伏超高压输变电站是华北电网西电东送的重要枢纽，将内蒙和山西的部分电力汇集于此，通过大房（大同－房山）500千伏超高压输电线路送往京津唐电网。

建厂投产20年间，大同第二发电厂创造了良好的经济效益和社会效益。特别是在2001年划归国电电力发展股份有限公司以来，企业按照上市公司的要求，在中国国电集团公司和国电电力发展股份有限公司的正确领导下，深化改革、强化管理、提高效益，取得了显着的成效。截至2003年底，大同第二发电厂已累计发电1200多亿千瓦时，同时，就地消化转化煤炭资源5000余万吨，总计缴纳各种税款10亿余元。