Район расположен в восточной заволжской части области на правой стороне Волгоградского водохранилища. Удаленность от областного центра – 200 км. Площадь - 3445 кв. км. Население – 28,5 тыс. человек. В состав района входит одно городское и 11 сельских поселений, объединяющих 34 населенных пункта. Административный центр — город Николаевск, основанный в 1967 году.

На территории района открыто 1 газовое и 4 нефтяных месторождения. Имеются запасы твердых полезных ископаемых (глина, песок). Ведущей отраслью экономики является сельскохозяйственное производство.