Penelitian ini dilatarbelakangi oleh rendahnya pemahaman konsep sains siswa sekolah dasar, khususnya pada materi siklus air. Tujuan penelitian ini adalah: (1) mengembangkan media pembelajaran berupa diorama tiga dimensi (3D) pada materi siklus air sedang di kelas V SD; (2) mengetahui tingkat kelayakan media berdasarkan penilaian ahli materi, ahli media, dan guru; (3) mengetahui tanggapan siswa terhadap penggunaan media diorama 3D; serta (4) menganalisis efektivitas media diorama 3D dalam meningkatkan pemahaman konsep siswa. Penelitian ini merupakan penelitian pengembangan (Research and Development) dengan model ADDIE yang dilaksanakan di tiga sekolah dasar di Kabupaten Agam, yaitu SDN 05 Padang Tarok, SDN 28 Lundang, dan SDN 13 Muaro. Hasil validasi menunjukkan media diorama 3D sangat layak digunakan dengan rata-rata persentase kelayakan sebesar 87,39% dari ahli materi, ahli media, dan ahli bahasa. Respon guru/wali kelas memberikan rata-rata skor 4,96 (sangat efektif), sedangkan siswa memberikan rata-rata skor 4,97 (sangat efektif). Hal ini menunjukkan bahwa media diorama 3D menarik, mudah dipahami, dan sesuai dengan kebutuhan pembelajaran IPA berbasis Kurikulum Merdeka. Efektivitas pembelajaran ditunjukkan melalui peningkatan signifikan antara pretest dan posttest. Nilai rata-rata pretest siswa berada pada kisaran 46,79–54,62, sedangkan nilai posttest meningkat hingga 95,27–99,69. Rata-rata N-Gain Score mencapai 0,95 (95%), termasuk kategori sangat tinggi. Hasil ini diperkuat dengan uji Paired Sample T-Test menunjukkan perbedaan signifikan antara nilai pretest dan posttest. Implikasi penelitian ini menegaskan bahwa media diorama 3D berbasis experiential learning tidak hanya memperkuat pemahaman konsep abstrak menjadi konkret, tetapi juga mendukung pembelajaran bermakna, meningkatkan motivasi siswa, serta relevan untuk diimplementasikan secara luas pada pembelajaran IPA di sekolah dasar.