Площадь района составляет 1198,8 км². Рельеф района представляет собой возвышенную равнину высотой в среднем 170-190 м. Возвышенности вдоль берега Волги традиционно называются "горами": Юрьевы горы, Богородские горы, Сюкеевы горы.

На территории района разведаны запасы доломитов, глин и гипса (в том числе самое крупное в республике Камско-Устьинское месторождение). Часть месторождений выработало свой ресурс (Гипсы-1), продолжаются разработки в Тенишево и Сюкеево. На территории района находится гора Лобач, Юрьевская пещера, а до 1958 года существовали Сюкеевские пещеры, затопленные и размытые водохранилищем.

Восточную и южную границу района образует река Волга. С 1957 года пойма Волги и Камы была затоплена Куйбышевским водохранилищем, ширина которого в этих местах достигает 40 км. Распространены преимущественно серые и тёмно-серые лесные почвы