Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan instrumen metakognitif yang valid dalam pembelajaran fisika di SMA. Penelitian ini menggunakan metode penelitian dan pengembangan model 4-D yang meliputi tahapan pendefinisian (define), perancangan (design), pengembangan (development), dan penyebaran (disseminate). Tahap pendefinisian bertujuan untuk menetapkan persyaratan pembelajaran dengan menganalisis tujuan pembelajaran dari materi yang dikembangkan dalam instrumen metakognitif. Tahap perancangan melibatkan pembuatan rancangan instrumen keterampilan metakognitif yang sesuai dengan capaian pembelajaran, tujuan pembelajaran, dan alur tujuan pembelajaran pada materi gelombang bunyi, serta merinci kisi-kisi instrumen metakognitif menjadi instrumen tes berupa 10 soal essay dan instrumen non-tes berupa kuesioner Metacognitive Awareness Inventory (MAI). Tahap pengembangan mencakup uji validitas yang meliputi validitas isi, validitas konstruk, dan validitas bahasa untuk instrumen tes essay dan kuesioner. Validasi oleh kelima validator untuk kedua jenis instrumen ini berkisar antara 89,2% sampai dengan 95,52% yang berada pada kategori sangat valid sehingga dapat digunakan dalam pembelajaran. Hasil analisis pengembangan dan validitas instrument ini diharapkan dapat dijadikan sebagai contoh pengembangan instrumen untuk menilai metakognitif siswa pada pembelajaran fisika SMA dan memberikan masukan pada bidang pendidikan pada umumnya.