Polisulfon (PSU) banyak digunakan sebagai bahan fabrikasi membran pemisahan, namun sifat hidrofobiknya yang tinggi membatasi performanya. Pada penelitian ini, membran PSU dimodifikasi dengan penambahan filler hibrida silika-lignosulfonat-3-aminopropiltrietoksisilan (Si-LS-APTES) untuk meningkatkan sifat fisikokimianya, seperti sifat hidrofilik, mekanik dan stabilitas termal. Membran difabrikasi melalui metode inversi fasa dan dikarakterisasi menggunakan ATR-FTIR, XRD, pengukuran sudut kontak air, mikroskop, uji tarik, serta analisis TGA. Keberhasilan inkorporasi filler ke dalam matriks PSU terkonfirmasi melalui hasil ATR-FTIR yang menunjukkan peningkatan intensitas puncak gugus O-H pada 3386 cm-1 dari lignosulfonat dan Si-O-Si pada 1040 cm-1 dari silika. Peningkatan hidrofilisitas membran diamati melalui penurunan sudut kontak air dari 84,66° pada PSU menjadi 55,73° pada filler 5%. Derajat kristalinitas yang dihitung dari analisis XRD ditemukan menurun dari 15,99% menjadi 6,63% setelah penambahan filler 3%. Pada analisis morfologi permukaan, kekasaran permukaan tercatat meningkat dari 2,315 μm menjadi 6,381 μm setelah modifikasi dengan filler 5%. Pada uji mekanik, peningkatan optimal diamati pada filler 1?ngan kekuatan tarik membran ditingkatkan dari 5,07 MPa menjadi 8,72 MPa dan modulus Young dari 54,52 MPa menjadi 98,08 MPa. Stabilitas termal yang lebih baik juga ditunjukkan melalui analisis TGA dengan kenaikan suhu degradasi dari 495°C menjadi 498°C pada filler 1%. Nilai permeabilitas air berhasil ditingkatkan dari 4,23 L/m2h menjadi 14,80 L/m2h pada penambahan filler 5%. Secara keseluruhan, performa membran PSU terbukti dapat ditingkatkan melalui modifikasi dengan filler hibrida Si-LS-APTES.