Район расположен на востоке Забайкальского края. Район имеет границу с Китаем по реке Аргунь, его пересекают Борщовочный, Газимурский и Урюмканский хребты. Водораздельные пространства плоские и широкие, склоны довольно крутые. Межгорные депрессии заняты долинами рек. Склоны горных массивов расчленены многими узкими, нередко короткими долинами. Имеются месторождения: Брикачанское, Верхнетайнинское, Корабль, Новоширокинское, Солонечное, Солонечинское; россыпи золота: Бошагоча, Гугда, Култумушка, Яромай и другие.

Климат резко континентальный со средними температурами в январе −26 ÷ −28 °C (абс. минимум −48 °C), в июле +18 ÷ +20 °C (абс. максимум +38 °C). Количество выпадающих осадков от 300 до 500 мм/год. Продолжительность вегетационного периода — 130—150 дней. Значительно распространены почвы горные мерзлотно-таёжные дерновые, мерзлотно-таёжные типичные, горные каштановые глубокопромерзающие, встречаются горные чернозёмы глубоко промерзающие.

Основным типом местности является горная тайга. Лиственничная горная тайга занимает склоны и выровненные вершины хребтов и увалов. Лесостепные пространства, характеризующиеся чередованием небольших участков степи с крупными массивами берёзовых лесов, приурочены к широким речным долинам и южным склонам хребтов. В долинах рек распространены луговые равнины. На территории района создан Урюмканский заказник.