Территория Шекснинского района расположена на Молого-Шекснинской низменности. По территории Шекснинского района протекает река Шексна и рядом Рыбинское водохранилище. Река Шексна вытекает из озера Белое и впадает в Шекснинский залив Рыбинского водохранилища. В районе бассейна Шексны более 100 озер и 2 водохранилища: Шекснинское и Рыбинское. Часть территории района занимает Дарвинский заповедник, находящийся в северо-западной части Рыбинского водохранилища. Площадь 112,7 тыс. га, включая часть территории Ярославской области. Основан район в 1945 г. для изучения этапов развития водохранилища и воздействия его на природные комплексы. Рельеф равнинный с небольшими гривами. 80% территории занято болотами с редкостойным сосняком, багульником болотным, голубикой, клюквой, морошкой, с можжевельником в подлеске. Зона временного затопления заросла прибрежно-водными растениями. Для водохранилища характерны всплывшие торфяные острова. Во флоре более 590 видов растений. В фауне 37 видов млекопитающих: лось, кабан, енотовидная собака, рысь и другие. Оринтофауна включает 230 видов гнездящихся и пролетных птиц: рябчик, глухарь, тетерев, белая куропатка, утки, кулики и другие. В водоемах – лещ, судак, щука.