Bentang lahan karst Gunungsewu tersusun oleh batuan gamping (CaCO3) yang memiliki sifat mudah larut olehair CO2. Air permukaan yang terpolusi langsung menuju sungai bawah tanah tanpa adanya filtrasi sehingga sungai diwilayah karst Gunungsewu rentan terhadap pencemaran. Mata air Goa Gremeng merupakan salah satu mata air karstGunungsewu yang perlu dilakukan pengelolaan. Mata air Goa Gremeng digunakan masyarakat untuk pemenuhankebutuhan air domestik. Upaya pengelolaan mata air memerlukan pemahaman karakteristik sensitivitas area tangkapanterhadap hujan. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui sensitivitas area tangkapan mata air karst Goa Gremeng.Jenis penelitian yaitu deskriptif kuantitatif dengan metode survey. Metode pengambilan sampel yangdigunakan adalah Purposive Sampling. Data yang diambil yaitu data curah hujan dan tujuh parameter kualitas air(Kekeruhan, Total Dissolve Oxygen (TDS), temperature, pH, Dissolve Oxygen (DO), Kesadahan CaCO3 dan Nitrat).Teknik analisis data yang digunakan yaitu korelasi tunggal dan deskriptif. Parameter kualitas air hasil pengukuran akandikorelasikan dengan pola curah hujan di area tangkapannya.Hasil penelitian menunjukkan 1) Konsentrasi parameter kualitas mata air Goa Gremeng yaitu Kekeruhan ,TDSdan Kesadahan CaCO3. 2) Hasil korelasi parameter kualitas air terhadap curah hujan yaitu a) Kekeruhan 0,757 = korelasikuat b) TDS -0,846 = korelasi sangat kuat c) Temperatur -0,651 = korelasi kuat d) DO -0,257 = korelasi lemah e) pH 0,422 =Korelasi sedang f) Kesadahan CaCO3 -0,565 = korelasi sedang g) Nitrat -0,732 = korelasi kuat. 3) Sumber bahaya pencemaryang berpotensi terhadap pencemaran mata air Goa Gremeng yaitu Erosi tanah batuan, limbah industri, pertanian dankotoran manusia.Kata kunci : Karst, Sensitivitas, Mata Air Goa Gremeng, Kualitas Air, Curah Hujan