Okres Karlovy Vary hraničí na severu se SRN a je vklíněn mezi okresy Sokolov na západě a Chomutov a Louny na východě. Na jihu sousedí s okresem Tachov a okresem Plzeň –Sever.
Nejsevernějším bodem je soutok Komářího a Zlatého potoka, poblíž samoty Český Mlýn, nejjižnějším je místo ležící v lese na plochém hřbetu 1km ve směru JJV od obce Zahrádky.
Nejvýše dosahuje v Krušných horách na hranici se SRN. Zde vysoko ční rozsáhlý vrchol Klínovce (1243,7m.n.m), vulkanické suky Božídarského Špičáku (1154), Plešivce (1028) a Ryžovny (1053).
Do území okresu zasahují z velké části rozsáhlé sopečné Doupovské hory, nejvyššími vrcholy jsou Hradiště (933 m.n.m) a Pustý zámek (927). Dozvukem vulkanické činnosti jsou hojné vývěry minerálních vod a termálních pramenů.
Značné výškové rozdíly, na vzdálenosti necelých 9km klesá výška terénu z 1243 m (Klínovec) na 310 m nadmořské výšky hladiny Ohře pod obcí Boč, jsou příčinou velkých klimatických rozdílů. Zatímco průměrná roční teplota na Klínovci je 2,7°C, v údolí Ohře přesahuje 7°C. Celoroční úhrn srážek ve vrcholové části Krušných hor je v průměru vyšší než 1100 mm, v Karlových Varech dosahuje pouhých 659 mm a u Boče ještě méně, právě díky srážkovému stínu Krušných a Doupovských hor.
Území okresu Karlovy Vary náleží do tří povodí. Severní pohraniční část je odvodňována Černou a Zlatým potokem do Muldy (SRN), jihovýchodní část do povodí Střely. Centrální část okresu náleží do povodí Ohře. Jejími největšími přítoky jsou zprava Teplá a zleva Rolava a Jáchymov.
Nejvýraznější zásahy do přírody ve středověku i později způsobilo hornictví. V oblasti Krušných hor se od počátku 16. století začalo ve velkém těžit stříbro, díky tomu byly natrvalo osídleny i vyšší polohy kraje (Jáchymov, Boží Dar). Počalo vzkvétat sklářství, výroba keramiky, textilu a porcelánu. Zároveň s průmyslem začíná postupná a stále sílící devastace okolního životního prostředí, charakteristická pro celé severozápadní Čechy.
Velkou zátěž pro přírodu Karlovarska znamená jeho přímé sousedství se Sokolovskou uhelnou pánví. I přesto, že od 90. let 20. století se situace pozvolna stabilizuje, budou neuvážené zásahy člověka do přírody ještě dlouho patrné.
Stejně jako na přírodu, tak na vývoj osídlení Karlovarska měly zásadní vliv klíčové události 20. století, především 2.sv. válka. V důsledku odsunu německého obyvatelstva zanikl velký počet sídel. Značný vliv na krajinu měl v 50. letech vznik dodnes funkčního vojenského prostoru v rozsáhlém území Doupovských hor; celá oblast byla vysídlena. Dodnes je velmi málo přírodovědecky prozkoumána.
Čerpáno z knihy Chráněná území ČR – Karlovarsko