Общая территория района составляет 1986,44 км2 (6.3 % от общей площади Харьковской области). Район расположен в лесостепной зоне. Климат — умеренно-континентальний. Среднегодовые температуры: летняя +23,9оС, зимняя — 5,5оС. Среднегодовое количество осадков — 468 мм.

По территории района протекают 12 рек. Наибольшая из них — Северский Донец.

Район граничит со Змиевским, Чугуевским, Первомайским, Изюмским, Барвенковским, Шевченковским и Лозовским районами Харьковской области.

Город Балаклея находится на левом берегу реки Северский Донец в месте слияния рек Крайняя Балаклейка, Средняя Балаклейка и Волосская Балаклейка в реку Балаклейка и впадения её в реку Северский Донец. Через город проходят автомобильные дороги Т-2105, Т-2110 и железная дорога, линия Москва — Донбасс, станция Балаклея. К городу примыкают лесные массивы (сосна и лиственые деревья). Климат — умеренно-континентальный. Среднегодовые температуры: летняя +23,9 °C, зимняя — 5,5 °C. Среднегодовое количество осадков — 468 мм.