Байкаловський район знаходиться в південно-східній частині Свердловської області. Загальна площа муніципального утворення — 2293,73 км², протяжність з півночі на південь і з заходу на схід — в межах 55-70 кілометрів. Територія району в основному рівнинна, лісиста.