С востока на запад, разделяя район на две практически равные части, протекает река Талас, образуя широкую долину. Она сужается на к востоку, где её сжимают горные Таласского Алатау и Киргизского хребта, что тянутся вдоль долины. Горы здесь поднимаются выше 4 тысяч метров, и много местных дорог проложены через высокогорные перевалы. В Таласском Алатау встречаются ледниковые образования и горные озёра. В Таласском районе доминирует засушливый континентальный климат и горные степи и луга. Населённые пункты сосредоточены в Таласской долине. В районе имеются залежи некоторых металлов, в том числе и золота, однако сельское хозяйство доминирует в экономике края.