大同國小的前身為楊梅國民學校梅溪分校，在民國47年創立，校前緊鄰老坑溪，且早年建校時現今之新農街尚是一片農田，學校出入只有西門前的一座大平橋，校舍規劃為L型兩層式建築，分為西棟大樓以及北棟大樓，操場位於學校基地南側。

民國49年時因學生數不斷增加，作為一個分校，所配置的人力與師資實在不敷所求，故奉准獨立為大同國民學校，消息傳來，全校上下歡欣不已，同年隆重舉辦獨立典禮，彭勝添先生為第一任校長。

民國61年8月歐鴻淦先生接任第二任校長，此後隨著學生人數不斷攀升，原有校舍不足以容納，民國六十年至六十三年間先後增建南棟大樓及東棟大樓，至此學校之配置大致定型，即教學區呈現口字形，南側規劃為操場。歐鴻淦先生於民國71年退休，同年由葉新榮先生接任第三任校長。

民國72年起學生人數再度急遽增加，為容納學生，自民國74年起東棟、南棟大樓開始向上增建第三層，開啟了「老揹少」校舍的序幕，民國79年改建校門牌樓，並增建北棟大樓三樓。

                                                                        民國79年拆除47年時興建的西棟大樓重建，82年完工。 

           民國81年徵收校地東側的大片土地，擴建為大操場，至民國84年完工，此間葉新榮校長退休，由莊清文先生接任第四任校長，在原來的操場用地的西側上，民國85年時新建了現今的活動中心，東側則在民國88年新建幼教大樓。 

大同的校舍在民國60年起之後的近三十年時間，不斷的增建，反映了臺灣的社會安定、經濟起飛之後隨之而來的人口增長，至民國88年止，幾乎年年施工的場面原本以為就要告一段落，但九二一地震又震出了新的問題。

口字型校舍興建時因為施工規範不足，沒有預留緩衝空間，導致因地震而使不同時期的建築互相推擠，產生裂痕，而逐年增建的教室也因「老揹少」而使原本地基、樑柱超過原設計的負荷，出現了明顯的歪曲以及傾斜。

92年8月莊清文校長任滿退休，接任第五任校長為胡火燈先生，同年起委託結構技師進行校舍安全鑑定，其中東棟大樓、南棟大樓、北棟大樓的危險係數均超過60，東棟大樓更高達69，因此提報為老舊危險校舍，並迅速獲得教育部改建經費，於民國93年起陸續進行建築師評選、地質鑽探、整建規劃、綠建築設計、都市設計審查等，在民國96年終於順利發包、動工，於97年8月完成第一期整建。並自98年6月起開始第二期設計、發包、施工。於99年創校50週年的特別時刻，整個大同國小煥然一新，毋寧是校史上的嶄新一頁，令人有說不盡的緬懷並感到無限的希望。

100年8月胡火燈校長任滿調往四維國民小學，由王國雄先生接任第六任校長，在嶄新校舍的良好基礎上，更加努力改造校園氣氛與軟體環境，經過歷任校長及全校師生及家長同心協力經營之下，學校軟硬體設施逐漸充實，107學年度由徐水柯先生接任第七任校長，適逢十二年國教新課綱實施，帶領教師建置校訂課程，並規劃硬體建設及教學設備，以符新課綱之需。

自110學年度起，在第八任校長梁寶丹校長的帶領下，積極更新各項硬體設備、充實教學軟體、引進外部資源，使本校在108課綱校訂課程的發展上著有成效。時光荏苒，歷屆校友在各行各業嶄露頭角，本校已然成為楊梅地區民眾心目中的教育標竿學校與重要文教中心。