Площадь Красноуфимского района составляет 3411,8 км2 или 341180 га, в т.ч. площадь земель сельскохозяйственных 140955 га или 41,3% площади района, остальная площадь занята Красноуфимским, Нижнесергинским, Усть-Машским и Нижне-Саранинским лесничествами. Территория района расположена в юго-западной части Свердловской области. На севере район граничит с Пермской областью, на северо-востоке с землями Ачитского района, на юге юго-западе с Башкортостаном.
По природно-сельскохозяйственному районированию земельного фонда территория Красноуфимского района расположена в лесостепной зоне, в предуральской лесостепной провинции.
Районный центр г.Красноуфимск относится к городам областного подчинения и удален к западу от областного центра г.Екатеринбурга на 244 км. Основная железнодорожная станция для районного центра и хозяйств района - Красноуфимск, расположена в черте города.
По агроклиматическому районированию большая часть территории Красноуфимского района относится к третьему агроклиматическому району (подрайон «б»). По тепло обеспечению район характеризуется, как умеренно теплый. По влаго обеспечению влажный, с достаточным количеством осадков. Юго-восточная часть Красноуфимского района расположена в четвертом агроклиматическом районе (подрайон «а»).
Характерными чертами климата являются холодная, продолжительная, многоснежная зима, умеренно теплое лето.
В пределах Красноуфимского района располагается северо-восточная периферия собственно Уфимского плато и южная, сильно размытая часть Сылвинского увала. Первая территория отличается на большом своем протяжении сильно и резко расчлененным рельефом. Преобладающие высоты здесь 350-450 м, максимальные - 500 м, относительные 40-60 м. Глубокие V-образные и каньона образные долины и лога, в формировании которых, наряду с эрозионными, существенную роль сыграли карстовые процессы, отделены друг от друга, обычно, массивными междуречьями с плоскими вершинами. Преобладают покатые склоны. Сылвинский кряж представляет собой северный клинообразно суживающийся и пониженный (250-350 м) выступ Уфимского плато.
Уфимское плато - район наиболее широкого и интенсивного развития карста в Свердловской области. Это связано с наличием мощных толщ растворимых горных пород и с их значительной трещиноватостью. Из карстовых форм рельефа распространены воронки, встречаются карстовые котловины - «польи», большим распространением пользуются сухие лога.
Часть Красноуфимского района, приуроченная к Юрюзано-Сылвинской депрессии, характеризуется сравнительно не высоким и слаборасчлененным рельефом. Преобладающие абсолютные высоты 250-350 м. Рельеф увалисто-холмистый. Плогосклонные холмы и увалы отделяются друг от друга ящико образными долинами с широким днищем и крутыми, но обычно невысокими склонами. Амплитуды высот долин и водоразделов 40-80 м.
В геоморфологическом отношении значительным своеобразием отличается приосевая часть предгорного прогиба. Это желообразное понижение вдоль восточного края Уфимского плато, представляет собой часть Сылвинской эрозионно-тектонической депрессии. Высота 200-300 м, а в долине Уфы меньше 200 м над уровнем моря. Пологоувалистый рельеф депрессии местами осложняется округло-конусовидными сопками (мшанковые рифы) высотой 50-100 м, сложенными известняками и отпрепарированными денудацией. Наиболее характерными и известными из таких образований являются Александровские сопки к северу от г.Красноуфимска.
Карст в этой части района не имеет распространения и представлен воронками. Одно из мест их сосредоточения - район сел Ювы и Черлака юго-восточнее г.Красноуфимска. В окрестностях д.Лебяжье находится озеро-провал Черное - гидрологический и геоморфологический памятник природы. Это живописный старый карстовый провал глубиной более 40 метров, заполненный водой.
На берегах реки Уфы находится много геоморфологических, геологических и ботанических памятников природы. Живописные скалы с комплексом редкой скальной растительности - камень «Соколовский» с окружающими лесами на правом берегу Уфы; у поселка Сарана камни «Желтый», «Семь братьев», «Каравай» - скалы с комплексами скальной и степной флоры. Мощный утес с комплексом скальной флоры расположился на левом берегу реки Саранинки - «Аликаев» камень (Марьин Утес). На реке Иргина у села Красносоколье - камень «Красный», ботанический памятник природы с комплексом степной флоры.
Гидрографическая сеть Красноуфимского района представлена реками, ручьями, прудами и озерами, принадлежащими к бассейну реки Кама. Главная река района - Уфа, протекающая с востока на юг. Длина реки Уфы до створа Красноуфимского водосбора - 440 км, площадь водосбора - 14500 км2. Средний уклон реки 0,8%, заболоченность - 5%, лесистость - 65%. Склоны речных долин притоков реки Уфы отличаются значительной крутизной и высотой.
В черте г.Красноуфимска находится живописный водоем - озеро Криулинское и небольшое озеро Бутки. Оба эти озера служат местом гнездования перелетных водоплавающих птиц и отнесены к памятникам природы.