Расположен на севере Восточно-Европейской равнины.

 бо́льшая его часть расположена за Полярным кругом.

Включает острова Колгуев и Вайгач, полуострова Канин и Югорский. Омывается Белым, Баренцевым, Печорским и Карским морями Северного Ледовитого океана. На юге округ граничит с Республикой Коми, на юго-западе — с Архангельской областью, на северо-востоке — с Ямало-Ненецким автономным округом.

В состав округа также входит посёлок Харута, полностью окружённый территорией Республики Коми.