Рельеф Приморья определяется прежде всего хребтом Сихотэ-Алинь, который протянулся через весь район и является его основной частью. На юге района имеется Приханкайская равнина, на севере Приморье частично охватывает восточную часть равнины Санцзян. Также имеются равнинные области в долине реки Уссури. Высочайшая точка района гора Тордоки-Янги высотой 2090 метров. На западе граница с Китаем, которая проходит большей частью по реке Уссури. На крайнем юге граничит с КНДР по реке Туманная. На севере тоже по реке Амур с остальной территорией России. На северо-востоке — Татарский пролив, отделяющий Сахалин от материка. На востоке — Японское море.
Крупнейшее озеро района — Ханка, частично расположенное в китайской Маньчжурии.