Район расположен на юго-востоке Забайкальского края. Имеет границу с Китаем по р. Аргунь. В районе расположены отроги Нерчинского хр. Распространены холмисто-увалистые и мелкосопочные возвышенные равнины с высотами 500–700 м. На востоке района расположена долина р. Аргунь. Имеются месторождения: Большой Коруй – аллювиальная россыпь золота, Гурулевское месторождение мышьяка, Донинское месторождение родонита, Запокровское месторождение мышьяка, Ируновское полиметаллическое месторождение, Кадаинское полиметаллическое месторождение, Калазырга – месторождение россыпного золота, Козловское месторождение золота, Октябрьское месторождение мышьяка, Покровское полиметаллическое месторождение, Черепановское месторождение россыпного золота и др.

Климат резко-континентальный. Средняя температура в июле +18 ÷ +20 °С (максимальная +39 °С), в январе –26 ÷ –28 °С (абс. минимум –53 °С). Среднегодовое количество осадков 350–500 мм. Продолжительность вегетационного периода от 120 до 150 дней. Распространены черноземы мучнисто-карбонатные и бескарбонатные или малокарбонатные глубокопромерзающие. По речным долинам – аллювиально-луговые глубокопромерзающие, горные мерзлотно-таежные дерновые, мерзлотные лугово-лесные. Распространены пижмовые степи, местами в сочетании с зарослями ильмовника и абрикоса. Среднегорные лиственничные леса с ярусом из багульника сменяются березовыми травяными лесами в полосе контакта таежных и степных формаций и березовыми лесами в сочетании с пижмовыми степями и остепненно-разнотравными лугами.