位於大同市西部,始建於遼代。它是依據佛教華嚴宗的經典《華嚴經》修建的。明中葉後整座寺院分為上、下二寺，各開山門，自為一體。1963年又合為一寺。

步入上寺山門，即可見到巍峨的大雄寶殿。此殿原為遼代所建，遼代末年毀於兵火。金代天眷三年（1140年）在原址重修。大殿面闊九間（53．75米），進深五間（29米），面積達1559平方米，是我國最大的佛殿。寺院坐西向東，與我們常見的座北向南的漢族佛寺不同。這是因為遼代契丹族有“信鬼拜日”的風俗，契丹族住的房子也是坐西向東。大殿內正面的佛壇上端坐著5尊遍體金色的大佛，這是五方佛，大千世界的東、西、南、北、中，他們各教化一方。中間3尊佛像是用木頭雕成的。這是明宣德年問，了然禅師四方化緣，歷時2年，雕造於北京，後運回大同，安置殿內的。以後又一住持，化緣補塑了另兩尊泥塑佛像，共為五方佛。

殿內四周牆上，繪滿了巨幅壁畫，規模之大，為全國的寺院壁畫所罕見。內容豐富，除了佛講《華嚴經》的“七處九會”外，還有佛傳故事，善財童子五十三參，羅漢圖和千手千眼觀音等，均為鴻篇巨制，頗有氣魄。

殿外的殿牆上嵌有四塊石碑，為南宋著名理學家朱熹書寫的《易經》碑，彌為珍貴。

下華嚴寺位於上寺的東南側，相距不遠。1963年，分開了幾百年之久的華嚴寺，終於又合成了一座大寺院。下寺大殿為薄伽教藏殿，意為佛教的經藏殿。進入此殿，氣氛與大雄寶殿截然不同。大雄寶殿內是色彩鮮艷，金碧輝煌；此殿內則是森沉冷肅，古色古香。殿內中央佛壇上，三尊大佛端坐於蓮花座上，莊嚴靜穆。身後有碩大的背光，背光內側飾網目紋，外側飾火焰紋。其兩旁侍立的弟子則是清秀溫靜。諸菩薩造型優美，神態各異，表情生動。殿內側沿壁排列重樓式壁藏38間，至後窗處作天宮樓閣5間，兩側以拱橋相連。壁藏分上下兩層，上層為佛龛，下層為藏經的經櫥。整個壁藏和天宮樓閣是一組遼代建築模式，也是國內唯一規模宏大的壁藏制作。著名建築學家梁思成稱其為“海內孤品”。

大同市博物館就設在華嚴寺內。現有展室4個，展出大同地區出土文物和古生物化石，很有地方特色。