Kilemarõ rajoon on 2. järgu haldusüksus Venemaal Mari Eli Vabariigis. Asub Vabariigi lääneosas. Piirneb põhjas Kirovi oblastiga ja kagus Tšuvaššiaga.
Rajoon jaguneb 1 linna- ja 8 külaasunduseks (сельское поселение).
Rajooni keskus on Kilemarõ alev.
1989. aasta rahvaloenduse andmetel oli rajooni rahvaarv 16 750. Marid moodustasid 52,1% elanikest ja venelased 43,6%.
2010. aasta rahvaloenduse andmetel oli rajooni rahvaarv 13 604. Neist, kes rahvust märkisid, olid 48,9% marid ja 46,6% venelased.