太原市共有高等院校44所（其中高职院校23所），中等职业学校58所，技工学校45所，普通高中88所，普通初中130所，小学433所，幼儿园709所。
太原市的普通高等院校包括山西大学、太原理工大学、中北大学、山西财经大学等全省最为著名的学府。山西大学是国家“一省一校”重点建设高校、山西省人民政府和教育部共同重点建设的省部共建大学；太原理工大学是国家“211工程”重点建设大学；中北大学是“中西部高校基础能力建设工程”百所入围高校之一、教育部“卓越计划”建设高校、山西省人民政府与国家国防科技工业局共建大学（原国防工业八所本科院校之一），原来是国家二级保密单位。山西财经大学是“中西部高校基础能力建设工程”百所入围高校之一。
山西大学，位于山西省省会太原市，是山西省人民政府与教育部重点共建的综合研究型大学 ，中西部十四所国家重点建设大学之一，入选“中西部高校综合实力提升工程”、“中西部高校基础能力建设工程”，中西部“一省一校”国家重点建设大学联盟成员，国家理科基础科学研究和教学人才培养基地，国家首批“卓越法律人才教育培养计划”高校，“全国九所地方综合性大学协作会”成员，中国政府奖学金来华留学生接收院校，教育部来华留学示范基地，首批全国深化创新创业教育改革示范高校，数据中国“百校工程”试点院校，全国民族团结进步创建活动示范单位，高校教师考核评价改革示范校。
太原理工大学，位于山西省会太原，位列国家“211工程”、国家“双一流”世界一流学科重点建设高校。学校理工科优势明显，是教育部首批61所“卓越工程师教育培养计划”实施高校、“中俄工科大学联盟”入选高校、国家“大学生创新性实验计划”实施学校、中国政府奖学金来华留学生接收高校、教育部数据中国“百校工程”试点院校，全国首批深化创新创业教育改革示范高校。学校有材料科学、工程学、化学三个学科进入ESI全球排名前1%。
太原有太原卫星发射中心、中国科学院山西煤炭化学研究所、中国辐射防护研究院、中国日用化学工业研究院、中国国务院水利部山西水利水电勘测设计研究院等科学研究机构和山西科技创新城。
太原市全市人均公共体育场馆面积达到0.91平方米。小轮车训练基地被列为国家级基地，曾举办2008年国际自行车联盟BMX（小轮车）世锦赛（北京奥运会预选赛），2011年BMX全国锦标赛、2012年BMX冠军赛。2008、2009年连续举办了女子摔跤世界杯，2010年起开始举行太原国际马拉松赛，2012年4月太原举办伦敦奥运会摔跤预选赛，这也是在中国举办的唯一一项奥运会选拔赛，2015年9月举办第17届亚洲跳伞锦标赛。截至2012年，太原市共有体育场馆34个，主要为山西省体育中心、山西省全民健身中心（原山西省体育场）、山西省体育馆、滨河体育中心等，2014年8月CBA山西汾酒队的主场由滨河体育中心迁至山西省体育中心。
2019年，太原将举办第二届全国青年运动会。
太原主要剧场有山西剧院、中影国际影城太原新影都、宽银幕电影院（中国巨幕）、解放数码影城、长风剧场、天亿国际影城、横店电影院（贵都店、王府井店、同至人店）、金逸国际影城、奥斯卡国际影城、万达影城等。
太原全市共有专业、具备规模的民营艺术表演团体18个。群艺文化馆12个，博物馆12个。