Penelitian kuantitatif merupakan pendekatan yang banyak digunakan dalam penelitian pendidikan karena kemampuannya menghasilkan data yang objektif, terukur, dan dapat dianalisis secara statistik sebagai dasar pengambilan keputusan berbasis bukti. Namun demikian, implementasi desain penelitian kuantitatif dalam konteks pendidikan abad ke-21 menghadapi berbagai tantangan metodologis yang semakin kompleks, seiring dengan dinamika perubahan kebijakan pendidikan, perkembangan teknologi digital, serta meningkatnya tuntutan akuntabilitas dan transparansi data. Artikel ini bertujuan untuk mendeskripsikan secara sistematis berbagai tantangan yang dihadapi dalam penerapan desain penelitian kuantitatif, sekaligus mengkaji strategi-strategi yang dapat digunakan untuk memperkuat implementasinya dalam penelitian pendidikan kontemporer. Metode penelitian yang digunakan adalah studi kepustakaan dengan menelaah artikel jurnal nasional dan internasional yang relevan, yang diterbitkan dalam rentang lima tahun terakhir (2020–2025). Teknik analisis dilakukan secara deskriptif-analitis untuk mengidentifikasi pola permasalahan dan solusi metodologis yang dominan. Hasil kajian menunjukkan bahwa tantangan utama meliputi permasalahan validitas dan reliabilitas instrumen penelitian, keterbatasan desain kuantitatif dalam menangkap kompleksitas fenomena pendidikan, kendala dalam penentuan dan representativitas sampel, serta keterbatasan kompetensi peneliti dalam menerapkan analisis statistik lanjutan. Adapun strategi yang dapat diterapkan meliputi perencanaan desain penelitian yang sistematis dan berbasis teori, pengembangan dan validasi instrumen yang teruji, pemanfaatan perangkat lunak statistik modern, serta penyesuaian desain penelitian dengan karakteristik dan kebutuhan pendidikan abad ke-21. Artikel ini diharapkan dapat menjadi referensi metodologis bagi peneliti pendidikan dalam meningkatkan kualitas, relevansi, dan kredibilitas penelitian kuantitatif.