Ağdaş rayonu Şirvan düzünün şimal-qərbində, Acınohur ön dağlığının cənubunda və Kür çayının sol sahilində yerləşir.
Rayonun ərazisi Bərdə rayonu ilə 33 km, Oğuz rayonu ilə 6 km, Qəbələ rayonu ilə 10 km, Ucar rayonu ilə 29 km, Zərdab rayonu ilə 11.5 km məsafədə həmsərhəddir.
Rayonun ərazisindən Türyan çayı, cənub-qərb sərhəddi boyu Kür çayı axır. Yuxarı Şirvan kanalı Ağdaş rayonu ərazisindən keçir. Rayonda əsasən boz çəmən torpaqları yayılmışdır, ərazisinin cənubunda şoran torpaqlar var. Əkin altında olan sahələrin relyefi hamar düzənliklər olub, xırda çökəkliklərdən ibarətdir. Bitkiləri əsasən çöl və yarımsəhra tiplidir. Kür çayı sahilində Tuqay meşələri, Türyançayı hissəsində isə Türyançay Dövlət Qoruğu yerləşir.
Rayon şosse, dəmir yolu və digər kommunikasiya xətlərinin üstündə yerləşir. Rayon ərazisindən Bakı-Qazax avtomobil yolu, Bakı-Tbilisi dəmir yolu, Bakı-Supsa, Bakı-Ceyhan, Qaradağ-Ağstafa neft-qaz kəmərləri, Mingəçevir-Bakı elektrik ötürücü xətti keçir.