Цумадинский район расположен на отрогах гор Восточной гряды Кавказского хребта на высоте 3000 и более метров, в Юго-восточной части Республики Дагестан. Он занимает территорию вдоль берега реки Андийское Койсу, посреди долин Богосского хребта и высокогорных вершин, самая высокая из которых – гора Адалла-Шухгельмеэр, имеет высоту 4151 метр над уровнем моря. Территория района занимает площадь 1178 кв.км.

Район граничит с территорией Грузии (13 км) и Чеченской Республикой (38 км), а также с такими районами РД как Ботлихский, Ахвахский, Шамильский, Тляратинский, Цунтинский.

По территории района протекают, кроме р. Андийское Койсу, такие крупные речки как Хваршинка, Сильдинка, Саситлинка, Гакваринка, Гадиринка, Тиндинка, Хуштадинка, которые в летний период превращаются в бурлящие потоки, впадающие в р.Андийское Койсу (Алазань), берущую начало в Грузии Несмотря на относительно небольшую площадь Цумадинского района, климатические условия выражены неодинаково в различных его частях. Северная часть района является сухой и тёплой, тогда как южная — влажная и холодная. Это связано с перепадом высот, с особенностями рельефа и характером расположения района. Наблюдения за погодой в районе ведёт одна из высокогорных метеостанций Кавказа — «Сулак высокогорная», расположенная в верховьях реки Кила на высоте 2923 м. Это единственная в России высокогорная метеостанция на сегодня. Главная река района — Андийское Койсу. Природа района уникальна. Территория района на 20% покрыта лесами различных пород, наибольшее количество составляет сосна и береза. Разнообразна фауна и флора района. Наряду с обычными для всего Дагестана дикими животными, здесь обитают такие редкие виды, как безоаровый козел (тур), занесенный в Красную книгу, а также дагестанский улар и горная серна. Почва в основном каменистая, но местами встречается и чернозем. В районе имеются многочисленные источники термальных и минеральных вод лекарственного значения, которые находятся возле н.п. Инхоквари, Хвайни, Метрада, Гигатли, Хуштада и др. местах.