Pembelajaran Fisika mengalami banyak masalah karena sifat materinya yang kompleks sehingga sulit dalam melatih kemandirian siswa dalam pembelajaran. Penelitian ini bertujuan untuk mengimplementasikan pembelajaran Self-directed learning (SDL) dalam membangun kemandirian belajar untuk mengoptimalkan hasil belajar siswa. Metode penelitian ini adalah quasi experiment dengan desain pre-posttest control group design, dengan melibatkan 53 orang siswa yang terbagi menjadi dua kelompok. Kelompok eksperimen diberi penerapan pembelajaran SDL dan kontrol dengan konvensional. 16 item instrumen pilihan ganda digunakan untuk mengukur hasil belajar siswa. Berdasarkan analisis uji-tα=0,05 diperoleh nilai sig. sebesar 0,001. Hasil ini menunjukan terdapat pengaruh yang signifikan pembelajaran SDL terhadap ketercapaian hasil belajar siswa. SDL dapat memberikan kesempatan kepada siswa untuk mengoptimalkan hasil belajar fisika dan dapat melatih kemandirian belajar siswa dalam membangun pemahaman konsep fisika pada materi Gerak Melingkar.