Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui: (1) koleksi kesejarahan di Museum Dayu, (2) koleksi di Museum Dayu yang dapat dijadikan sumber belajar mata pelajaran sejarah SMA di Kabupaten Karanganyar, (3) kendala dan upaya yang dihadapi dalam memanfaatkan Museum Dayu sebagai sumber belajar mata pelajaran sejarah SMA di Kabupaten Karanganyar.
Bentuk penelitian adalah menggunakan metode kualitatif deskriptif. Teknik pengumpulan data yang digunakan adalah wawancara, observasi, dan analisis dokumen. Teknik pengambilan sempel menggunakan purposive sampling dan snowball sampling yang berasal dari pengelola museum manusia purba Sangiran, siswa dan guru sejarah kelas X di SMA Negeri Gondangrejo dan MAN 2 Karanganyar. Validitas data menggunakan teknik triangulasi sumber dan metode. Teknik analisis data menggunakan analisis interaktif yang meliputi: pengumpulan data, reduksi data, penyajian data, dan penarikan kesimpulan.
Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa: (1) Koleksi kesejarahan di Museum Dayu berupa lapisan tanah purba Sangiran masa Plestosen Tengah (730.000-250.000 tahun silam), Diorama, alat serpih / batu tertua di Indonesia, dan fosil (flora, fauna, manusia purba). (2) Koleksi Museum Dayu yang dapat dijadikan sumber belajar mata pelajaran sejarah SMA di Kabupaten Karanganyar kelas X yaitu lapisan tanah purba, fosil, diorama dan artefak pada mata pelajaran sejarah Indonesia materi pokok Indonesia zaman praaksara: awal kehidupan manusia Indonesia. Pada mata pelajaran sejarah peminatan, koleksi fosil dan artefak di Museum Dayu dapat dijadikan sumber belajar materi pokok sumber sejarah. (3) SMA di Kabupaten Karanganyar dalam memanfaatkan Museum Dayu sebagai sumber belajar mata pelajaran sejarah dihadapkan dengan beberapa kendala diantaranya sulit mendapatkan izin dari sekolah, kurangnya inovasi guru dalam menyusun strategi pembelajaran sejarah, kurang lengkapnya koleksi Museum Dayu dan kurangnya inovatif dalam mempromosikan Museum Dayu oleh pihak museum. Maka upaya yang dilakukan yaitu guru memberikan tugas kepada siswa secara kelompok untuk mengunjungi Museum Dayu diluar jam sekolah, guru sejarah selalu memberikan arahan kepada siswa untuk mencari sumber selain dari buku seperti koleksi di Museum Dayu, pihak museum melakukan kegiatan layanan edukasi dan memperkenalkan museum melalui sosial media.

Kata kunci: Museum Dayu, sumber belajar, mata pelajaran sejarah SMA