Расстояние от г. Каркаралинска до областного центра — 220 км. Территория района составляет 35,5 тыс. км²[5].
Каркаралинский район располагается в восточной части Сарыарки (Казахского мелкосопочника). Рельеф преимущественно низкогористый и холмистый[6]. Наиболее высокие горы: Каркаралы — 1403 м, Кент — 1400 м, Мыржык — 970 м, Ку — 1356 м[5][уточнить].
Крупнейшие водоёмы района, имеющие рыбохозяйственное значение, — озёра Жантлеколь (80 га), Балыктыколь (2250 га), Жартас (300 га), Беталыс (190 га), Мырза-Шоккы (100 га). Общая площадь водоёмов — 2926 га. Наибольшую площадь (15,4 тыс. га) занимает солёное Карасор[7], которое находится на севере района.
Почвы бурые, солончаковые красно-бурые и солончаковые. Растительность степная. В равнинных местах произрастают лабазник (таволга), типчак, полынь, чий и другие травы. В межгорных долинах и оврагах, долинах рек преобладают разнотравные луга и тальник. В горах произрастают сосна, арча, жимолость, акация, чёрная смородина, боярышник и другие кустарники, у подножий — берёза, тополь[6]. Площадь земель, покрытых лесом, составляет 53,6 тыс. га. На территории Каркаралинского района обитают следующие виды животных: волк, кабан, косуля, лось, сурок, лисица, корсак, хорь, заяц, утка, гусь, серая куропатка, горностай, ласка; редкие и исчезающие виды: архар, манул, перевязка, кулан, селивиния, чёрный аист, балобан[5].
Район образован 1932 году. С июля 1934 года был одним из районов Каркаралинского округа.[8] 29 июля 1939 года из состава упразднённого Каркаралинского округа был передан в состав новообразованной Карагандинской области.[9]
В настоящее время на территории находится 10 домов отдыха, 9 оздоровительных лагерей, санаторий-профилакторий «Жосалы», краеведческий музей, музей природы. На территории расположен Государственный национальный парк природы[5].