Đại Đồng Thành nằm ở rìa phía Bắc huyện, bên bờ Nam sông Đuống, phía Đông giáp xã Song Hồ, Tây giáp xã Đình Tổ, Nam giáp xã Thanh Khương. Phía Bắc, Đại Đồng Thành tiếp giáp các xã Cảnh Hưng, Minh Đạo, Tân Chi của huyện Tiên Du, Bắc Ninh, với ranh giới là sông Đuống. Phần đất xã Đại Thành Đồng ngày nay (gồm các thôn Đồng Đoài, Đồng Đông, Á Lữ,...) tương ứng với phần đất các thôn Đông (Đồng Đông), thôn Đoài (Đồng Đoài), thôn Văn của xã Đại Đồng, các xã Á Lữ, Nhạn Tháp,... thuộc tổng Định Tổ huyện Siêu Loại phủ Thuận An xứ Kinh Bắc vào thời kỳ đầu nhà Nguyễn thế kỷ 19.