Район расположен на юге Тюменской области, граничит на севере — с Уватским районом, на востоке — с Омской областью,
на юго-востоке — с Викуловским районом, на юге — с Аромашевским,
Сорокинским, Юргинским районами, на западе и северо-западе — с Ярковским
и Тобольским районами области. Площадь территории — 18,4 тыс. км².
Главная река — Иртыш. Большая Супра, Киша — притоки Иртыша. Другие реки — Яузяк, Ашлык, Агитка — притоки Вагая. Территория района характеризуется обилием озёр. Самыми крупными считаются озёра Большой Уват, Ширшигуль, Карташево, Порай, Кульчан, Большой Тангуль, Арыкуль, Малый Уват, Щучье. В западной части района расположены озёра Урашное, Антипино, Дикое.
Вагайский район образован на основании постановления ВЦИК от 7 января 1932 года в составе Уральской области.
В район вошло 34 сельсовета из Дубровинского и Черноковского
районов: Ашлыкский, Бакшеевский, Бегитинский, Бегишевский, Берёзовский,
Быковский, Вагайский, Вершинский, Второсалинский, Домнинский,
Дубровинский, Евстафьевский, Загваздинский, Казанский, Карагайский,
Копотиловский, Лайминский, Ленинский, Малюгинский, Митькинский,
Мысаевский, Первосалинский, Птицкий, Пузыревский, Ренчинский,
Супринский, Сычёвский, Тукузский, Ушаковский, Фатеевский, Черёмуховский,
Черноковский, Шестовский, Экстезерский.
Постановлениями ВЦИК от:
17 января 1934 года включён в состав Обско-Иртышской области.7 декабря 1934 года передан из упразднённой Обско-Иртышской области в состав Омской области.
25 января 1935 года — во вновь образованный Дубровинский район переданы сельсоветы:
Бекшеевский, Бегишевский, Берёзовский, Быковский, Второсалинский,
Дубровинский, Загваздинский, Казанский, Карагайский, Мысаевский,
Первосалинский, Ренчинский, Супринский, Фатеевский, Черемуховский,
Экстезерский. В состав района вошли Александровский, Вагайский и
Куларовский сельсоветы, переданные из Тобольского района.
В связи с тем, что в районе стало два Вагайских сельсовета, один из них
был переименован в Первовагайский, второй (переданный из Тобольского
района) — во Второвагайский. 10 декабря 1935 г. вошёл в состав вновь
образованного Тобольского административного округа. 4 декабря 1938 г. —
Александровский сельсовет передан в Ярковский район.
14 августа 1944 года передан во вновь образованную Тюменскую область.