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.
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.
17 июня 1954 г. упразднены Евстафьевский, Ленинский, Малюгинский и Пузыревский сельсоветы. 22 мая 1958 г. Лайминский сельсовет переименован в Малюгинский. 28 мая 1960 г. Сычевский сельсовет переименован в Кордонский. 1 февраля 1963 г. район укрупнён с включением в его состав территории упразднённого Дубровинского района. 29 февраля 1964 г. упразднён Экстезерский сельсовет. 28 января 1971 г. образован Первомайский сельсовет. Бегитинский и Кордонский сельсоветы упразднены. 24 декабря 1974 г. образован Зареченский сельсовет. 31 января 1978 г. упразднён Копотиловский сельсовет. 17 октября 1979 г. упразднён Малюгинский сельсовет. 22 февраля 1982 г. Ашлыкский сельсовет переименован в Шишкинский, Митькинский — в Казанский. 5 ноября 1984 г. упразднены Второвагайский, Домнинский и Курьинский сельсоветы.
Муниципально-территориальное устройство
В Вагайском муниципальном районе 19 сельских поселений, включающих 115 населённых пунктов:
2008 год деревня Малькова была присоединена к поселку Заречный[22].
2013 год были упразднены деревня Раши Зареченского сельского поселения, деревня Осиновская Супринского сельского поселения и деревня Петухова Шестовского сельского поселения[23].
Поселок Новопетрово — в 2015 году стал частью Аромашевского района Тюменской области, в составе Новопетровского сельского поселения.
.png)
.svg)
