Новоузенский район расположен в двух природных зонах: степной и полупустынной. Климат – резко континентальный, засушливый, с небольшим количеством осадков, с часто повторяющимися засухами. На территории района находится часть среднего течения рек Большой и Малый Узень, которые являются самыми крупными реками района. Самым большим притоком реки Большой Узень является река Чертанла.

На территории района находится несколько прудов. В Новоузенске ‑ два пруда: Большой и Малый Калач.

На территории нескольких сельских поселений есть артезианские скважины и колодцы, но в целом район плохо обеспечен чистой питьевой водой.

Один из колодцев находится в селе Дмитриевка Новоузенского района Саратовской области.

Координаты: 50.6385178 47.9677892 (требуют уточнения)