Районный центр - посёлок городского типа Кантемировка находится в 300 километрах южнее областного центра города Воронежа. Район граничит с Ростовской областью, государством Украина (Луганская область), с Верхнемамонским, Богучарским и Россошанским районами Воронежской области. Площадь района 235 тысяч гектаров (самый крупный район по площади в Воронежской области). Из них 154 тысячи гектаров занимает пахотные земли.
Район расположен в степной зоне с обыкновенными и южными чернозёмами. Из полезных ископаемых имеется выходы угля, сходные с углём Донбасса.
На 1 января 1989 года в районе проживало 43 тысячи человек, в п.г.т. Кантемировка около 14 тысяч человек.