Мамлютский район расположен на северо-западе Северо-Казахстанской области. Общая площадь района составляет 4,10 тыс. кв. км.

В районе функционирует 11 сельских округов 43 сельских населенных пункта. Мамлютский район граничит на западе с Жамбыльским районом, на севере – с         Курганской областью РФ, на востоке и юго-востоке – с Кызылжарским районом, на юге – с Есильским районом.