Район расположен на юго-востоке Забайкальского края, граничит с Китаем по р. Аргунь. В рельефе распространены холмисто-увалистые и мелкосопочные возвышенные равнины с высотами 500—700 м, реже низкогорья. На территории района находятся окраины Кличкинского и Аргунского хребтов. Имеются месторождения полиметаллических руд, плавикового шпата, стройматериалов, угля и др.: Восточно-Урулюнгуевское месторождение подземных вод, Гарсонуйское месторождение флюорита, Громовское месторождение марганцевых руд, Дуроевское — место находок агата, халцедона и яшм, Кутинское месторождение бурого угля, Начирское проявление яшмы, Савинское № 5 полиметаллическое месторождение, Улан-Булак Урулюнгуевский — железистый минеральный источник, Хуртжитайское месторождение глин и др.

Климат резко континентальный. Лето жаркое. Средняя температура в июле +18 ÷ +20 °C (максимальная +38 °C). Зима холодная, малоснежная. Средняя температура в январе −26 ÷ −28 °C (абс. минимум −56 °C). Осадков выпадает 300—350 мм/год. Очень сухо и ветрено весной. Продолжительность вегетационного периода 120—150 дней. На юго-востоке распространены чернозёмные и каштановые мучнисто-карбонатные глубокопромерзающие и аллювиально-луговые почвы. На остальной территории преимущественно горные лугово-чернозёмные мучнисто-карбонатные глубокопромерзающие и лугово-лесные мерзлотные почвы. Основным типом местности является степь, на более высоких отметках — горная лесостепь, в долинах рек — луга. Степи разнотравно-злаковые, пижмово-разнотравные и злаково-пижмово-кровохлебковые. Луга разнотравно-злаковые и злаково-разнотравные. Из рек наиболее значительна пограничная Аргунь с притоками Урулюнгуй, Верхняя Борзя.