Район расположен на юго-западе Алтайского края. Граничит с Алейским, Топчихинским, Усть-Калманским, Петропавловским, Быстроистокским и Троицким районами.
Районный центр – село Усть-Чарышская Пристань находится от краевого центра г.Барнаула в 165 км (Змеиногорский тракт – трасса федерального значения), в 57 км - от железнодорожной станции Алейская (асфальтированное шоссе).
В составе района 20 населенных пунктов (села Усть-Чарышская Пристань, Романово, Брусенцево, Вяткино, Белово, Клепиково, Чеканиха, Усть-Чарыш, Беспалово, Коловый Мыс, Елбанка, Красноярка, Усть-Журавлиха Троицкое, Нижняя Гусиха, Нижнеозерное. Коробейниково, Краснодарское, пос.Петлиха и Отдаленный) объединенных в 15 сельсоветов. Общая площадь составляет 270тыс.га.
Районный центр, села Вяткино и Белово располагаются на берегу главной водной артерии Западной Сибири – реке Обь с удобными подходами к воде. Практически все села района расположены у небольших речек и реки Чарыш. В зимнее время защищены от ветров, расположены на незатопляемых в половодье всхолмлениях. Здесь соединены все условия, благоприятные для жизни: богатые пойменные пастбища, лес, обеспечивающий строительными материалами и дичью, ягодами и грибами, реки, протоки, озера – водоплавающей дичью и рыбой.
Обь и ее правобережный приток – река Чарыш разделяют территорию района на 3 части, на каждой из которых сложились своеобразные природные условия. Правобережная часть характеризуется речным долинным ландшафтом: заливные луга, высокая пойма, сосновый бор. На левобережье большая часть – степной ландшафт Приобского плато.
На территории района 14 крупных и мелких озер, хвойный лес, колки и березовые рощи. Ярко выражены несколько природно-климатических зон: степная – села Романово и Брусенцево, лесная – села Клепиково и Чеканиха, лесостепь.