Район розташований на кристалічному щиті Придніпровської височини у північно-західній частині Черкаської області. Його західна частина горбиста, перерізана балками та ярами.
На півночі та північному заході межує зі Ставищенським і Тетіївським районами Київської області, на сході — з Лисянським, Маньківським і на південному сході з Монастирищенським районами Черкаської області. Із півночі на південь територію району перетинає автомагістраль Київ — Одеса.
Основний тип ґрунтів району — малогумусні реградовані чорноземи. У південно-західній частині району виявлено поклади бурого вугілля, у північно-західній — граніту. Промислового значення не мають. Багатий район на торф, глину, пісок. Виявлено родовище бентонінової глини та будівельного піску.
Ближче до південної межі район перетинає річка Гірський Тікич, у яку впадають декілька приток. Ще одна річка Молочна бере початок у південно-західній частині району. На території району, особливо в його західній частині, велика кількість штучних водойм. Територія малозаліснена.
В районі створено 5 заказників місцевого й державного значення. Це — Конельське, Охматівське, Шуляцьке болото, ставок Лебедине озеро та ентомологічний заказник "Жашківський".
