Kecamatan Tawangmangu merupakan salah satu kecamatan di Kabupaten Karanganyar yang menjadi daya tarik wisata karena letaknya di dataran tinggi. Banyaknya peluang pembangunan infrastruktur penunjang pariwisata ternyata membuat wilayah tersebut mengalami alih fungsi lahan dan diperkirakan akan terus meningkat laju pertumbuhannya. Informasi terkait prediksi alih fungsi lahan di masa mendatang dapat diamati dengan teknologi penginderaan jauh, yaitu membuat sebuah pemodelan spasial alih fungsi lahan. Pemodelan spasial alih fungsi lahan dilakukan untuk melihat wilayah yang memiliki peluang mengalami perubahan di masa mendatang dengan memperhatikan variabel-variabel yang dapat mempengaruhi alih fungsi lahan. Penelitian ini menggunakan model spasial, yaitu model Cellular Automata (CA) yang diintegrasikan dengan pendekatan Artificial Neural Network (ANN) menggunakan plugin Modules for Land Use Change Evaluations (MOLUSCE) pada QGIS 2.18 untuk memprediksi alih fungsi lahan Kecamatan Tawangmangu tahun 2021-2041. Data yang dibutuhkan, yaitu citra satelit time series, yaitu citra satelit Landsat 8 tahun 2013, 2017, dan 2021 untuk diklasifikasikan dengan metode supervised classification menjadi enam jenis penutupan lahan, meliputi area terbangun, hutan, lahan pertanian, kebun, semak belukar, dan lahan kosong. Untuk variabel yang mempengaruhi alih fungsi lahan terdiri dari faktor manusia (berupa kepadatan penduduk), faktor kegiatan (berupa jarak ke permukiman, jarak ke aktivitas pariwisata, jarak ke aktivitas perdagangan dan jasa, serta jarak ke fasilitas umum), faktor pergerakan (jarak ke jalan dan jarak ke sungai), dan faktor topografi (berupa kemiringan lereng). Berdasarkan hasil pemodelan spasial, diperoleh nilai kappa sebesar 0,56 atau tingkat validitas model prediksi penutupan lahan Kecamatan Tawangmangu tahun 2041 tergolong kategori sedang. Hasil pemodelan spasial tersebut digunakan untuk melihat prediksi alih fungsi lahan di Kecamatan Tawangmangu tahun 2021-2041. Pada tahun 2021-2041 diprediksikan terdapat pertumbuhan area terbangun seluas 403,101 ha dengan degradasi hutan seluas 552,65 ha. Hasil pemodelan spasial pada wilayah yang memiliki kemiringan lereng 45% seluas 1.810,45 ha mampu menjadi rekomendasi bagi pemerintah untuk menetapkan kawasan lindung di Kecamatan Tawangmangu. Adanya informasi yang akurat mengenai lokasi yang berpotensi mengalami alih fungsi lahan di Kecamatan Tawangmangu tahun 2041 mampu menjadi dasar untuk analisis lanjutan sebagai upaya mitigasi bencana dan pengendalian pemanfaatan ruang.