Самый крупный по площади район области (6,3 тыс.км²), граничит с Кустанайской областью Казахстана. Большая часть территории принадлежит бассейну Кумака и его притока Жарлы, северо-запад – бассейну Суундука, а на юго-востоке района находятся истоки Тобола. 
Осевое положение в районе занимает Восточно-Уральское поднятие складчатого Урала, в западной части района оно сменяется Магнитогорским прогибом, в восточной – Восточно-Уральским прогибом. В зоне поднятия значительные площади занимают выходы метаморфических пород – сланцев, кварцитов, амфиболовых гнейсов и др. Прогибы заполнены вулканическими и осадочными породами девона и карбона. Большие площади в районе имеют выходы гранитоидов (Карабутакский, Адамовский и другие массивы). 
Преобладающий тип рельефа района – высокая денудационная равнина с абсолютными отметками 320-370 м, которая относится к Зауральскому пенеплену. Район целиком расположен в подзоне типичных типчаково-ковыльных степей на южных маломощных черноземах с широким развитием солонцов. Распаханность территории составляет около 43%. Леса занимают менее 1%, почти все сосредоточены в пределах лесного массива Шийлиагаш, часть которого представлена искусственными насаждениями. Значительна доля сенокосов и пастбищ, составляющая около 51% территории. 
Охраной обеспечена преобладающая часть объектов природного наследия Адамовского района, особенно в его южной части. Площадь памятников природы составляет 4493,42 га, или 0,71% от площади района. Следует отметить уникальную для области сохранность крупных равнинно-степных массивов: Карабутакская (1300,0 га) и Карагачская (2400,0 га) степи. Особое внимание необходимо уделить охране и поддержанию состояния крупнейшего (6,5 тыс.га) особо ценного лесного массива оренбургского Зауралья – урочища Шийлиагаш – с генетическими резерватом по осине, эталонными насаждениями дуба и степной вишни. Редкий геологический разрез представлен в урочище Баритовая жила (1,5 га). 
Местное значение имеют места гнездования водоплавающих птиц – озера Шагыркопа и Копа, а также контакт гранитов Карабутакского массива и ксенолита слюдистых сланцев в водосбросе пруда на Карагашке.

Фотоальбом