Расположен на крайнем северо-востоке области и граничит с Башкорстостаном, Челябинской областью РФ и Казахстаном. Площадь района 5,2 тыс.км². Большая часть района относится к бассейну Ириклинского водохранилища на р.Урал и его левобережного притока – р.Суундук. 
Район находится в двух тектонических зонах Уральской складчатой страны: Магнитогорском прогибе и Восточно-Уральском поднятии. Граница между ними проходит меридионально по водоразделу рек Суундук и Якши-Акжар. 
Западная половина района представляет собой увалистую равнину, сложенную сланцами, песчаниками, известняками и эффузивами карбона и девона. Хорошо выражена долина р.Урал с Ириклинским водохранилищем и платообразное междуречье Урала и Суундука. В восточной части района находятся крупные интрузивные массивы гранитоидов и гипербазитов, обрамленные вулканогенными и осадочными породами девона и карбона. 
Район расположен в подзонах северной разнотравно-типчаково-ковыльной степи на обыкновенных черноземах и типичной типчаково-ковыльной степи на черноземах южных с участками солонцовых комплексов. В верховьях р.Суундук ландшафт междуречий приобретает лесостепной облик, связанный с формированием легких песчаных и каменистых почв на продуктах разрушения гранитов и известняков. Распаханность составляет 46,8%, лесистость около 3%, а доля пастбищ и сенокосов – 43% площади района. 
На территории Кваркенского района находятся многочисленные и разнообразные природные достопримечательности. В статусе памятника природы областного значения охраняются 19 объектов общей площадью 1566,35 га – 0,3% площади района. Они представляют ландшафты и природные комплексы степного Зауралья, а также геологическое строение региона. 
Большое число объектов природного наследия местного значения являются геологическими – Большой Кульминский Утес на р.Малая Каргалка, Бриентские Каменные ворота, Кваркенские каменные палатки, урочище Каменная гряда и пещера Папоротник, утес под Казачьей Ямой, скала Афонь-Камень, Винокурова Шишка. С карстовыми процессами в карбоновых известняках связано формирование озерных котловин (озера Большое (Новопотоцкое), Мартышкино и Белое), образование пещер, гротов и карстовых источников Уртазымского участка. 
На Кваркенский район приходится наибольшая протяженность береговой линии Ириклинского водохранилища – ценного рыбовоспроизводственного и рекреационного объекта. На его побережье находятся многочисленные объекты природного наследия – эталоны растительности известняковых обнажений и каменистых степей, опорные геологические разрезы и проявления экзогенных процессов. Перечисленные качества этого искусственного водоема определяют необходимость организации здесь природного парка. 
Еще одна территория, перспективная для организации ООПТ, – Гусихинская степь площадью около 6,5 тыс. га. Она представляет собой эталонный участок разнотравно-дерновиннозлаковых степей Южного Зауралья на маломощных обыкновенных черноземах, их петрофитных вариантов и байрачных березово-осиновых снытево-костяничных колков. Часть территории относится к ключевой орнитологической территории международного значения «Три Гусихи».

Фотоальбом