Большая часть территории района относится к Латгальской возвышенности. Территория 2140 км². Основные реки – Западная Двина и её притоки Сарьянка, Ужица, Росица, Дрисса. Насчитывается 25 озёр, самые большие – Освейское, Лисно, Белое, Изубрица, Страдно, Стрелковское. Наиболее крупные болотные массивы – Освейское, Крупец, Тятно, Кревники. На западе от деревни Городиловичи находится самая высокая точка района – 191,8 м над уровнем моря.
Исторические источники свидетельствуют, что заселение Верхнедвинщины началось в эпоху мезолита. Эти территории впоследствии были заселены балтскими, а на Освейщине и угро-финскими племенами, ассимилироваными уже в нашем тысячелетии славянами – кривичами. Об этом говорят названия многих населённых пунктов, рек, озёр, урочищ. В средние века эти земли входили в состав Полоцкого Княжества и Великого княжества Литовского, становилось ареной многочисленных войн. В годы Отечественной войны 1812 года при лагере, созданном у города Дриссы и занимавшем территорию около 14 км², находился штаб первой русской армии Барклая-де-Толли. Район образован в 17 июля 1924 года; назывался Дриссенским, до 1930 года входил в состав Полоцкого округа. В 1938 году вошёл в Витебскую область. 25 декабря 1962 года в связи с переименованием города Дрисса в Верхнедвинск получил современное название. В годы Великой Отечественной войны регион понёс значительные людские потери. В ходе карательной антипартизанской операции, проведённой прибалтийскими и украинскими коллаборационистами в период с 16 февраля до начала апреля 1943 года, в Верхнедвинском районе погибла треть довоенного населения, в Освейском районе – более половины. В СССР события получили название «Освейская трагедия».
Население района составляет 21 876 человек (на 1 января 2016 года), в том числе в городских населённых пунктах (город Верхнедвинск с населением 7335 человек, городской посёлок Освея, где проживают 1206 человек) живут 8541 человек и 13 335 человек в 265 сельских населённых пунктах. Более 90 % населения составляют белорусы, более 7 % – русские. Проживают также украинцы, поляки, евреи, латыши, литовцы и представители других национальностей. Плотность населения 10,5 человек на 1 км².