Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis integrasi neurosains dalam Pendidikan Agama Islam (PAI) dalam rangka mengoptimalkan pembentukan karakter religius peserta didik. Metode yang digunakan adalah library research dengan pendekatan kualitatif deskriptif melalui penelaahan berbagai literatur ilmiah yang relevan. Data dikumpulkan melalui studi dokumentasi dari jurnal dan publikasi akademik, kemudian dianalisis menggunakan teknik analisis isi dan sintesis naratif. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pembelajaran PAI yang selama ini cenderung berfokus pada aspek kognitif belum efektif dalam membentuk karakter religius secara mendalam. Integrasi neurosains memberikan pemahaman baru tentang bagaimana nilai-nilai religius diproses melalui kerja otak, terutama melalui keterlibatan aspek kognitif, emosional, dan spiritual secara simultan. Selain itu, konsep dalam pendidikan Islam seperti ‘aql, nafs, dan qalb memiliki keterkaitan dengan temuan neurosains modern, sehingga mendukung pendekatan pembelajaran yang lebih holistik. Penelitian ini juga menemukan bahwa pendekatan berbasis neurosains mampu meningkatkan efektivitas internalisasi nilai melalui pengalaman belajar yang bermakna. Kesimpulannya, integrasi neurosains dalam PAI merupakan pendekatan yang relevan dan potensial dalam membentuk karakter religius peserta didik secara lebih optimal dan berkelanjutan.