На території району знаходяться родовища таких корисних копалин: природного горючого газу, фосфоритів, вапняку, будівельних пісків, мінеральних фарб, цегляної сировини. Район розташований на межі лісостепової та степової фізико-географічних зон, у зоні переходу Середньоросійської височини в Донецький кряж, і ділиться на три різних за характером і розвитком ділянки: долина р. Сіверський Донець, Приоскільське плато і правобережжя р. Сіверський Донець.