大同市第三人民医院最初源于1951年2月为了抗美援朝成立的第四机动医院，1954年8月改番号为中国人民解放军第257医院，1958年8月在大同市组建成立大同市第三人民医院。经过几代人的不懈努力，医院不断发展壮大，成为一所集医疗、教学、科研、预防、康复、保健于一体的大型“三级甲等”综合医院，承担着雁同地区乃至周边晋、冀、蒙人民的医疗保健任务。医院同时为全国文明单位、全国百姓放心示范医院、全国精神文明建设工作先进单位、国家级爱婴医院、国家级住院医师规范化培训基地、国家药物临床试验机构、中国医院百强院、国家呼吸临床研究中心核心单位、全国高级卒中中心、全国脑卒中筛査与防治基地、全国妇女“两癌”防治定点医疗机构、中国胸痛中心、中国心衰中心、中国房颤中心、中国心肺复苏培训中心、中国心血管疾病基层医师培训示范中心、山西省基层医院PCI专项能力培训基地、大同市胸痛中心、山西省胸痛中心联盟大同区域中心、山西医科大学附属医院、大同大学附属医院、山西省全科医师培训基地、山西省助理全科医师培训基地、大同市远程医学中心、全国心肺复苏普及进亿家精准健康工程传播基地、全国地市级脑血病防治百强院、全国高级卒中中心综合百强院等。
目前医院编制床位数1000张，实际开放床位数1150张。全院共有职工2032人，其中卫生技术人员1706人（医师604、护士978）。正高职称84人，其中正主任医师76人、正主任护师5人；副高职称196人，其中副主任医师125人、副主任护师47人。研究生学历225人，2人为省委联系的高级专家，16人被聘为山西医科大学硕士研究生导师。1人被评为山西省学术技术带头人，17人被评为大同市学术技术带头人。38人被聘为首席专家，其中国家级高端人才15人。2人在中国医师协会分会担任常委，13人在中华医学会山西分会担任副主任委员、49人次担任常委、4人在中国医师协会山西分会担任副会长、9人在大同市医学分会担任主任委员。
医院开设44个临床科室，9个医技科室，其中省级重点学科1个（心血管内科）；省市共建重点学科1个（泌尿外科）；省级重点建设学科2个（神经内科、医学影像科）；市级医学重点学科24个（心胸外科、血液科、病理科、皮肤科、消化内科、普外科、烧伤整形科、口腔科、重症医学科、妇科、产科、神经外科、心血管内科、神经内科、泌尿外科、医学影像科、眼科、儿科、麻醉科、超声科、内分泌科、耳鼻咽喉科、血液净化科、呼吸与危重症医学科）；医院现有心脏中心、神经疾病中心、呼吸疾病中心、内分泌代谢性疾病中心、普通外科中心、妇产儿生殖医学中心、骨关节病诊疗中心、口腔医学中心、区域影像中心、血液透析中心、健康管理中心、远程医学中心、病理会诊中心等医学中心，以多中心建设为抓手，加速学科建设。
2020年医院各项主要业务指标再创历史新高，门急诊量86万人次，年出院人数3.7万，手术量1.8万人次，出院患者平均住院日9.83天。
目前医院拥有3.0T飞利浦磁共振成像系统、双源CT、256排飞利浦CT、1.5T西门子磁共振成像系统、64排GE螺旋CT、飞利浦数字化减影心血管造影系统、全飞秒激光治疗近视系统、手术机器人导航定位系统、数字化手术系统等50万元以上大型医疗设备190余台。