Район расположен в центральной части Забайкальского края. Для рельефа района характерно дугообразное расположение основных хребтов — Борщовочного, Шилкинского, разделённых долиной реки Шилка. Долины рек узкие, с крутыми склонами. Самые низкие отметки приурочены к долине Шилки, где сосредоточены пахотные угодья. Имеются: Карымские месторождения рудного и россыпного золота, Кур-Куринское проявление горного хрусталя, Ларгинское месторождение магнезита, Россыпистая падь — проявление цветных камней, Слюдянское проявление цветных камней, Смородинное проявление цветных камней, Стеклянка — проявление дымчатого кварца и другие месторождения.

Климат резко континентальный, со средними температурами в июле +16 ÷ +18 °C (максимальная +37 °C). Зима холодная, средняя температура в январе −24 ÷ −28 °C (абс. минимум −54 °C). Количество осадков не превышает 350—400 мм/год. Высота снежного покрова 12-14 см, местами 20 см и более. Вегетационный период 120—150 дней. Наиболее крупная река — Шилка с притоками. В отдельные годы реки перемерзают. Распространены почвы горные мерзлотно-таёжные дерновые и типичные. По долинам рек чернозёмы горные бескарбонатные или малокарбонатные глубокопромерзающие и мерзлотные лугово-чернозёмные тяжелосуглинистые. Господствует лиственничная тайга с подлеском из берёзы и рододендрона даурского. На речных террасах встречаются сосновые леса. В долине Шилки вострецовые степи. Изредка произрастает берёза даурская.