Образован 4 января 1926 года. Район расположен в центральной части Забайкальского края. Территория - 13,2 тыс. км2. В состав района входят 4 пгт. (Аксёново-Зиловское, Букачача, Жирекен, Чернышевск) и 32 сельских населенных пункта. Административный центр – пгт. Чернышевск.

Чернышевский район пересекают Алеурский, Шилкинский, Нерчинско-Куэнгинский и Хорьковый хребты. На юго-западе лежит холмистая равнина с высотами 500–800 м, на которой встречаются останцевые возвышенности. Бассейны рр. Белый Урюм, Куэнга и Ундурга занимают довольно широкие межгорные котловины.

На территории района расположены Букачачинское месторождение каменного угля, Жирекенское месторождение молибдена, Ундургинское месторождение подземных вод, Утанское месторождение глинистых сланцев и др.

В 2010 году на территории района в пади Кулинда были найдены остатки хищного динозавра компсогната. В 2011 году к ним добавились и кости растительноядных пситтакозавров. Возраст находок - от 170 до 145 миллионов лет. На основании шести частично сохранившихся черепов и нескольких сот фрагментов скелета, был описан новый вид оперённых птицетазовых динозавров, названный кулиндадромеус забайкальский, живший 160 млн. лет назад. В 2016 году изображение кулиндадромеуса было помещено на герб и флаг района.