Penelitian ini dilatarbelakangi oleh rendahnya kemandirian belajar dan hasil belajar kognitif siswa pada mata pelajaran matematika meskipun akses terhadap sumber belajar digital telah tersedia. Oleh karena itu, diperlukan penerapan Learning Management System (LMS) yang diintegrasikan dengan pendekatan Self-Directed Learning (SDL). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penggunaan LMS dengan pendekatan SDL terhadap kemandirian belajar dan hasil belajar kognitif siswa serta mengetahui perbedaannya dengan pembelajaran konvensional. Penelitian ini menggunakan metode kuasi eksperimen dengan desain Nonequivalent Control Group Design. Sampel terdiri atas kelas eksperimen dan kelas kontrol. Data dikumpulkan menggunakan angket kemandirian belajar dan tes hasil belajar kognitif yang telah memenuhi uji validitas dan reliabilitas. Analisis data dilakukan menggunakan uji ANCOVA, Mann-Whitney U, dan N-Gain. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penggunaan LMS dengan pendekatan SDL berpengaruh signifikan terhadap hasil belajar kognitif (Sig. = 0,008 < 0,05). Selain itu, terdapat perbedaan signifikan pada kemandirian belajar (Sig. = 0,004 < 0,05) dan hasil belajar kognitif (Sig. = 0,021 < 0,05) antara kelas eksperimen dan kelas kontrol. Meskipun nilai N-Gain berada pada kategori rendah, peningkatan kelas eksperimen lebih baik dibandingkan kelas kontrol. Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa LMS dengan pendekatan SDL efektif meningkatkan hasil belajar kognitif serta menghasilkan tingkat kemandirian belajar dan hasil belajar kognitif yang lebih baik dibandingkan pembelajaran konvensional.