Расположен в северо-западной части Архангельской области, на границе с Карелией. С севера в него врезается Онежская губа Белого моря, деля берега на восточный — Онежский и западный — Поморский.
На границе Онежского района и Карелии расположен национальный парк «Водлозерский». В районе Кож-озера в 2002 г. образован Кожеозерский природный парк. На притоке реки Кожи — Сывтуге — красивейший водопад Падун, гидрологический памятник природы.
Онежский залив, защищенный от северных и северо-восточных ветров, отличается большим количеством ясных, теплых дней. Береговая полоса моря хорошо прогревается.