Климат района резкоконтинентальный, умеренно тёплый, слабо увлажненный. Средняя температура января −18,2 °C, июля +19,2 °C. На территории района расположена цепь озёр в древней ложбине стока, простирающихся с юго-запада на северо-восток от села Камышенка до села Овечкино (озёра Грачиное, Артельное, Старинное, Кривое, Бакланье и другие). Группа озер в северо западной части района (озёра Модино, Глубокое, Сладкое, Курневатое и другие).

По территории района протекает река Кулунда. Почвы — чернозёмы. Лесная растительность района представлена берёзовыми и осиновыми колками. На северо-восток от райцентра Завьялово до границы с Тюменцевским районом тянется полоса ленточного соснового бора. Травянистая растительность типично степная. Наиболее распространенными растениями являются ковыль волосатик, типчак, тонконог, морковник, полынь австрийская, полынь сиверса.

Основное направление экономики — сельское хозяйство.

В 1989 году территория в 8 км от села Завьялово в районе озера Солёное (Горькое) признана курортной местностью и может быть использовано для лечения. Оздоровливающие факторы: эффект минеральной воды, радона, лечебные грязи, белая глина, а также лечебный воздух соснового бора. Однако, полноценная санаторная инфраструктура не развита. В 2006 году в Завьяловском районе, по некоторым оценкам, отдохнули и подлечились 220 тысяч человек. Однако, в основном это неорганизованный отдых либо в палатках на берегу озера, либо на съемных квартирах. Инвесторы планируют строительство санаториев и грязелечебниц.