Муниципальное образование «Каменский городской округ» расположено вокруг крупного промышленного центра Среднего Урала — города Каменска-Уральского в южной части Свердловской области в 100 километрах от Екатеринбурга. На северо-западе граничит с Белоярским районом, на северо-востоке с Богдановичским, на юго-западе — с Сысертским. На областном уровне — на юге граничит с Челябинской областью, на юго-востоке — с Курганской.
Городской округ занимает площадь 214 602 га, из которых земли сельскохозяйственного назначения – 149 974 га, земли населенных пунктов – 13 354 га, земли лесного фонда – 41 408 га, земли запаса – 5 556 га, земли промышленности, энергетики, траснпорта и связи, радиовещания, информатики, телевидения, земли иного специального назначения – 3 841 га, земли особо охраняемых территорий 106 га, земли водного фонда – 363 га.
Территория района расположена в лесостепной зоне. Преобладающие виды деревьев – береза, осина, сосна. Животный мир района представлен в основном лесными видами животных: лось, кабан, косуля, заяц, лисица, горностай, куница, барсук, норка, белка; из пернатых – глухарь, тетерев, рябчик, куропатка, водоплавающие.
Водные ресурсы района представлены реками Исеть и ее притоками Каменка, Камышенка, Грязнуха, принадлежащими бассейну реки Тобол. На территории имеются несколько озер: Тыгиш, Малый и Большой Сунгуль, Червяное, Сосновское, Карасье, пруд Боевский. На озерах осуществляется местный рыбный промысел.
Полезные ископаемые, преобладающие на территории района – глина, песок, щебень, мрамор, золото, бокситы.
