Okres Žarnovica leží v Banskobystrickom kraji, v jeho najzápadnejšej časti. Územie okresu je hornaté. Zasahujú doň celky sopečného Slovenského stredohoria, a to Pohronský Inovec, Vtáčnik, Štiavnické vrchy a južný výbežok Žiarskej kotliny. Povrch územia má charakter vrchovín a hornatín, v ktorých bola vyhĺbená dolina Hrona a Novobanská kotlina. Územím okresu preteká rieka Hron, do ktorej sa sprava vlieva Kľak a zľava Richňava. Na územie okresu zasahuje CHKO Ponitrie (pohorie Vtáčnik) a CHKO Štiavnické vrchy. Na severe hraničí s okresom Partizánske, Prievidza a Žiar nad Hronom, na juhu s okresy Levice a Banská Štiavnica a na západe s okresom Zlaté Moravce v Nitrianskom kraji. Má rozlohu 425 km2, žije tu 26 540 obyvateľov a priemerná hustota zaľudnenia je 62 obyvateľov na km2. Správne sídlo okresu je mesto Žarnovica.