厂区占地面积21.79公顷。主厂房基础采用钢筋混凝土结构。汽轮发电机组为按纵向顺列布置；锅炉构架采用钢结构，高54.9米，紧身封闭布置。烟囱1座，高180米。主要生产系统有热烽系统、燃烧系统、输煤系统、冷却水系统、灰渣处理系统、电气和接入系统、控制系统，空冷技术的应用更是开创了我国首台大容量直接空冷机组的先河。工程土建、建筑安装、设备安装施工分别由山西电建一公司和吉林电建总公司承担，机组调试由华北电力科学研究院承担。工程于2002年4月开始“五通一平”工作，2002年5月18日开工，两台机组分别于2003年11月11日和12月13日完成168小时试运行并移交生产。从土建开工至第一台机组建成投产，工期18个月。一期工程竣工决算投资14.3092亿元，其中输变电配套投资0.1198亿元，单位千瓦造价3252元。

二期工程于2008年7月经国家发改委《关于山西大同云冈热电厂二期扩建工程核准的批复》核准建设两台30万千瓦直接空冷供热机组。工程由山西电力勘测设计院设计。