Район расположен в центральной части Донецкого кряжа. Поверхность – холмистая равнина, расчлененная долинами и балками. Характерны антропогенные формы рельефа (терриконы, карьеры и т.п.).

Грунтовой покров преимущественно дерновой грунт и дерновой щебеночный грунт. В селе Ивановка есть источники минеральной воды.

Степная растительность (ковыль, горицвет) сохранилась на отдельных участках. Площадь лесов 31,7 тыс. га, которые растут на склонах балок. Основные породы – дуб, берест, клен татарский, дикая яблоня.

По территории Антрацитовского района протекает 16 рек. Самая большая из них – Миус.

Наивысшая точка Донецкого кряжа (367,1 м над уровнем моря) - тоже расположена на территории Антрацитовского района.

Антрацитовский район имеет несколько заповедных зон, среди которых: парк-памятник садово-паркового искусства «Дружба», заповедное урочище «Деризуватое», «Чеховская криница», ландшафтный заказник Боково-Платово, Парк имени Победы - достопримечательность садово-паркового искусства.