З півдня Кілійський район обмежений державним кордоном з Румунією по річці Дунай. Всього в межах району пролягають 182 км державного кордону. На сході територія району обмежена водами Чорного моря, морське узбережжя якого сягає у довжину майже 60 км. Також до Кілійського району належить ряд островів у дельті Дунаю та морський острів Зміїний, що віддалений від материка 37-кілометровою відстанню.