Косинский район расположен на севере Пермского края, в северо-восточной части Коми-Пермяцкого округа.

Граничит на юге с Кудымкарским районом (муниципальным округом), на юго-западе — с Юрлинским, на западе — с Кочёвским, на севере и северо-западе — с Гайнским районами (муниципальными округами) Коми-Пермяцкого округа Пермского края, на северо-востоке — с Чердынским районом (городским округом), на востоке — с Соликамским районом (городским округом), на юго-востоке — с Усольским районом (городским округом города Березники) Пермского края.