Qazax rayonu Azərbaycanın qərbində yerləşir. Gürcüstanla 9 km, Ermənistanla 168 km həmsərhəddir.
Qazax rayonu respublikanın qərb hissəsində, kiçik Qafqazın dağ silsiləsinin yamaclarından başlayaraq kür çayının sağ sahili boyunca uzanan geniş Gəncə-Qazax düzənliyinin qərb hissəsində yerləşir. Ən hündür yüksəkliyi “Odun” dağıdır (1316 metr). Təbiəti əsasən düzənlikdir, cənub hissəsi alçaq dağlıqdır. Dəniz səviyyəsindən 300-800 metr yüksəklikdə yerləşir. Şimalında Tuqay meşələri və Ceyrançöl qışlaqları yerləşir. Məşhur “Göyəzən”, “Avey” dağları, “Damcılı” bulağı bu rayonun ərazisindədir. Göyəzən dağı öz gözəlliyinə görə  Amerika qitəsində yerləşən “Mon-Pele” dağından sonar dünyada ikinci yerdədir.
Qazax rayonu ərazisindən 5 ədəd çay keçir. Bunlar Kür, Ağstafaçay, İncəsu, Ehram və Coğaz çaylarıdır.
İqlimi mülayim qış və isti yay, orta temperatur yanvarda 0, - 5 dərəcə selsi, iyunda 18-25 dərəcə selsi. Qış quraq keçir. İllik yağıntının miqdarı 350-700 mm-dir.