Район расположен в северной части края. Граничит с Калманским, Тальменским, Топчихинским, Ребрихинским, Шелаболихинским районами края и г. Барнаулом.
Площадь — 2230 км².
Небольшое лесное озеро в ленточном бору на окраине Павловска
Климат континентальный. Средняя температура января −18,6ºС, июля +20ºС. Годовое количество атмосферных осадков — 370 мм. Почвы — чернозёмы, выщелоченные обыкновенные, лугово-чернозёмные, светло-серые лесные, пойменные луговые, в южной части — солонцы.
По территории района протекает река Обь и её притоки Касмала и Барнаулка. Расположены два ленточных бора — Касмалинский и Барнаульский. Произрастают сосна, берёза, осина, тополь, ива. Из зверей обитают — лиса, заяц, лось, белка, корсак, бурундук, барсук. Из птиц — гусь, утка, голубь лесной.
В районе 35 населённых пунктов, наиболее крупные - Новые Зори, Черёмное, Комсомольский, Прутской, Колыванское, Шахи, Лебяжье.
