Расположен на левобережье р.Урал, на юге граничит с Актюбинской областью Казахстана. Площадь района 3,4 тыс.км². 
Территория района лежит в зоне Магнитогорского прогиба, заполненного мощными толщами вулканогенных и осадочных пород девона и карбона, местами провальными интрузиями гранитоидов (Новоорский массив и др.). 
Орская равнина с поверхности сложена среднеюрскими и неогеновыми глинами и является самым низким и наиболее плоским участком Новоорского района. К северу и востоку Орская равнина сменяется плакорно-увалистой равниной Зауральского пенеплена. Наиболее расчлененный, холмистый характер имеет рельеф правобережья Кумака в бассейне Караганки. 
По р.Кумак проходит граница между типичными типчаково-ковыльными степями на южных черноземах и южными типчаково-тырсовыми и полынно-типчаково-ковыльными степями на темно-каштановых почвах. Распаханность района относительно невелика и составляет 36%. Лесные массивы расположены преимущественно в пойме Урала, лесопокрытая площадь составляет около 0,7% площади района. Сенокосы и пастбища занимают 53% территории. 
Из полезных ископаемых наиболее ценным сырьем в районе являются колчеданные руды месторождения Барсучий Лог. Извлечению меди, цинка, золота и серебра сопутствует неизбежное загрязнение окружающей среды, аналогичное тому, которое сейчас дает о себе знать в Гайском и Медногорском рудных районах. Переработка руды проводится в пос.Гранитном. 
Из большого многообразия природных достопримечательностей района, здесь находятся под охраной лишь 5 объектов, занимающих 145,8 га, или 0,04% – один из наименьших показателей в области. В период подготовки паспортов и охранных обязательств по инициативе администрации района дополнительно был внесен в перечень ПП объект «Курганы Иш-Оба» на площади 4,3 га. 
Оставшиеся более 30 природных объектов не обеспечены охраной, большинство их имеет областное значение и несут геологическую информацию о регионе. Они представляют опорные разрезы, формы рельефа и проявления геологических процессов, это Кызкольский мраморный и Усть-Карабутакские утесы, Тастыбутакские скальные шишки и ущелье, Иссергужинский гранитный массив, Каменские утесы на р.Кумак, Иссергужинские утесы на р.Кумак, Можаровские степные блюдца, родник и гора Жегутла, Чилектинские блюдца, скалы Черепаха и Бульдог, Караганские силицитовые обрывы. Искусственные обнажения представлены известняковым карьером на Соленой балке (Сахарный), гранитным Свистун, отработанным золотоносным Карабутакским, глиняным Кумакским, а также Чилектинским прииском (шахтой). 
Озера Жалтырколь, Кызколь, Белый камень, Артыкколь и Куянколь имеют важное значение для гнездования и отдыха на пролете водоплавающих птиц. Характерные ландшафты представлены в объектах: Большой Чилижный дол, плакорная степь Бишкудук, Орь-Кумакская и Чилектинская степь, Кумакские заливные луга, в комплексе с историко-археологическими объектами – в урочище Четыре Кургана. 
На Новоорский район приходится наиболее доступная часть побережья Ириклинского водохранилища – важного рекреационного объекта на востоке области. Для акватории и побережья этого искусственного водоема подготовлен проект природного парка.

Фотоальбом