Район расположен на западе Московской области. Граничит на северо-востоке с Клинским районом, на востоке — с Истринским районом и Рузским городским округом, на юге — с Можайским районом, на западе — с городским округом Шаховская, на северо-западе — с Лотошинским районом Московской области. Площадь территории района составляет 168 351 га.
Климат — умеренно континентальный. Район входит в зону достаточного увлажнения. Преобладают юго-западные ветры. По составу растительности относится к подзоне смешанных лесов, которые занимают до 40 % всей его площади.
Основные реки — Руза, Лама.
На территории района 10 действующих особо охраняемых природных территорий, среди которых 9 регионального значения и 1 федерального значения: