Уйский район расположен в центральной лесостепной зоне Челябинской области. Территория района граничит на севере с Чебаркульским районом, на востоке с землями г. Пласта, на юге с Верхнеуральским районом и на западе с Учалинским районом Республики Башкортостан. Западные границы района вплотную подходят к восточным скатам Уральских гор, где берет начало основная река района Уй и ее притоки.
Рельеф условно можно разделить на две части. Западная и центральная части имеют долинно-холмистый рельеф. На поверхность часто выступают твердые горные породы. Наиболее высокие участки плато находятся в северной части района, где высота отдельных возвышенностей достигает 491 метра.
Ко второй части относятся земли Соколовского, Кумлякского и Вандышовского сельских поселений, это увалистая волнистая равнина, волнистость которой заметно сглаживается к востоку, высота водоразделов изменяется от 400 до 30 метров.
Климат на территории района складывается под влиянием Уральского хребта и прилегающих обширных пространств Сибири и является резко континентальным, с продолжительной холодной зимой, теплым летом и короткими прохладными сезонами.
На территории района преобладают юго-западные и северо-западные ветры (с Уральских гор), часто наблюдаются резкие порывистые шквальные ветры со скоростью 8-10 м/сек.
По сумме средних суточных температур в районе климат умеренно теплый.
Продолжительность периода с температурой выше +10 градусов составляет 125-130 дней. Годовое количество осадков около 400 мм. Продолжительность периода с устойчивым снежным покровом 153 дня.