С севера, северо-востока и востока Зейский район ограничен горными географическими структурами. От Республики Саха Якутия его отделяет мощный Становой хребет, от Хабаровского края островершинные Джугдыр и Майский. На юго-востоке, юге и западе граничит с Селемджинским, Мазановским, Магдагачинским, Шимановским и Тындинским районами.
Географические координаты.
Северная точка - 55º44´/С.Ш. и 129º55´ В.Д.;
Южная точка - 52º44´/С.Ш. и 128º28´ В.Д.;
Западная точка - 54º25´/С.Ш. и 133º00´ В.Д.;
Протяжённость с севера на юг 330 или, с запада на восток-435 км.
Плотность населения (число жителей на км² площади) составляет 0,3.
Территория Зейского района отнесена к многолетне-мерзлотной. Климат резко континентальный.
Рельеф
Абсолютный максимум температуры +33ºС, абсолютный минимум -52ºС. Относительная влажность воздуха самого холодного месяца составляет 35-40%, самого жаркого месяца 95%.
Разнообразен и многопланов рельеф Зейского района. С севера его территорию ограничивают два хребта: Становой и Таага. В серединной части рассекает гряда Тукурингра-Соктахан-Джагды. А на пути морских ветров с Охотского моря встали две преграды: хребты Джугдыр и Майский. Неподалеку от сочленения Станового хребта с Джугдыром расположена самая высокая точка не только Зейского района, но и Амурской области-2255 м. (г.Аюмкан).
Всего на территории района полностью или частично расположены 7 хребтов.
Становой. Является пограничным между Республикой Саха Зейским районом, а также водораздельным между Северным Ледовитиым и Тихим океанами. Средняя высота в Зейском районе 1200-1500 м. Наивысшая точка (2321 м) находится в Республике Саха (Якутия).
Таага. Расположен южнее Станового, протянулся в широтном направлении на 300 км. Наивысшая точка- г.Янкан (1350 м.).
Тукурингра. Название эвенкийское «Тукур»-поворот, изгиб. Проходит в субширотном направлении примерно по середине территории района. Наибольшая высота-1604 м.
Соктахан. Так называется короткий хребет между Зеей и озером Огорон. Наивысшая точка-г.Беккельдеуль (1470 м).
Джагды. Протянулся на восток от озера Огорон до верховья реки Шевли (Хабаровский край). Наивысшая точка 1604 м.
Джугдыр. Островершинный, расположен в юго-восточном направлении от Станового. Наивысшая точка 2250 м (г.Алюкан).
Майский. Подходит западной оконечностью к левым притокам Зеи. Данные о наивысшей точки отсутствуют.
Между хребтами располагаются впадины. Их две: Верхнезейская и Амуро-Зейская. Первая протянулась от южных склонов Станового до горной цепи Тукурингра-Соктахан-Джагды. По Верхнезейской равнине на значительном протяжении протекают две крупнейшие реки района: Зея и Гилюй. В далёкое геологическое прошлое, исчисляемое миллионами лет, обе водные артерии текли на восток и впадали через долину современной Уды в Охотское море.
Амуро-Зейская впадина более приподнята, образовалась на месте погружения древнего кристаллического фундамента.
На территории района имеется немало геологических точек, представляющих несомненный интерес. Так неподалёку от Гилюйского перевоза на протяжении 12 км наблюдается выход древних пород Земли, возраст которых оценивается в 2,8-3 млрд. лет! Недаром Организация Объединённых Наций по вопросам образования, науки и культуры (ЮНЕСКО) помогла открыть здесь Гилюйский геологический полегон.
Породы этого района (верховья Гилюя, Брянты, Тока, Зеи) относятся протерозойской складитости, возраст их около 2 млрд. лет. На территории повсеместно развиты гнейсы, кристалиосланцы, широкое распространение получили разновозрастные изверженные породы.
Гидрография
По характеру режим рек района относится к дальневосточному типу со сравнительно низким и устойчивым положением уровня в зимний период и чередованием резких подъёмов и спадов в летнее время. Питание рек в основном дождевое.
Общее количество рек протяжённостью не менее 10 километров составляет 863 из которых 36 имеют протяжённость 100 километров и более.
К примечательным водоёмам района следует отнести Зейское водохранилище. Площадь его зеркала 2419 км², объём-68,42км³. А также три озера с площадью зеркала более 1 км². Это Огорон, Оконон и Умлеканское.
На Гилюе, Зее, Купури интенсивность подъёма воды составляет 2-4 м в сутки, интенсивность спада более замедленная (примерно в 2 раза). На реках района высший годовой уровень может начаться в любой из месяцев открытого русла, но чаще всего в июле-августе. Распределение стока в течении года неравномерное, 90% приходится на тёплое время года.
Ледовые явления на реках начинаются в октябре и заканчиваются в апреле-мае. На большинстве рек района ледостой сопровождается наледями, которые порой достигают значительных величин. Максимальная толщина льда на реках и водохранилище достигает в марте 1,5 м.