Astaksantin adalah jenis antioksidan berupa pigmen merah yang termasuk ke dalam golongan metabolit sekunder karotenoid. Astaksantin digunakan dalam berbagai industri, seperti nutraceutical, kosmetik, dan makanan. Senyawa ini dapat dihasilkan oleh alga, di antaranya dari Spirogyra sp. yang merupakan makroalga hijau potensial yang umum ditemui di perairan tawar Indonesia. Kadar astaksantin dalam Spirogyra sp. tergolong rendah sehingga dibutuhkan suatu metode kultivasi untuk meningkatkan produksi astaksantin. Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan variasi kadar N dan P yang optimum untuk produksi biomassa dan astaksantin pada Spirogyra sp., serta analisis kondisi optimum menggunakan analisis Response Surface Methodoloy (RSM) dan pemodelan dengan persamaan Logistik, Monod, dan Luedeking Piret. Kultivasi dilaksanakan selama 14 hari pada medium BG 25% modifikasi dengan variasi kadar N/P yakni 1,1/0,06; 2,2/0,06; 6,6/0,06; 4,4/0,03; 4,4/0,06; dan 4,4/0,09 mM. Pengambilan data dilakukan tiap 3 hari berupa data berat kering biomassa, kadar nitrat, dan kadar astaksantin. Biomassa kering diekstraksi secara maserasi. Ekstrak lalu dianalisis kandungan astaksantinya menggunakan metode HPLC dengan kolom C-18 reverse phase dan eluen metanol HPLC grade:akuabides (95:5 v/v), laju alir 1 mL/menit serta deteksi menggunakan UV ? 482 nm. Hasil penelitian menunjukkan bahwa akumulasi biomassa tertinggi ditemukan pada kadar N 1,1 mM dan P 0,06 mM, yaitu 307 mg berat kering dengan laju pertumbuhan sebesar 0,1645 hari-1. Kadar astaksantin tertinggi didapatkan pada kadar N 1,1 mM dan P 0,06 mM sebesar 0,254 mg/g berat kering. Analisis RSM dengan pemetaan data berat kering menghasilkan nilai konsentrasi NaNO3 dan K2HPO4 optimum pada 100 mg/L dan 15 mg/L. Pemodelan Logistik, Monod, dan Luedeking-Piret dilakukan untuk memperoleh model dari data eksperimen dan memprediksi kondisi optimal untuk kultivasi biomassa pada seluruh variasi kadar N dan P dan diperoleh beberapa parameter berupa laju pertumbuhan Spirogyra sp. sebesar 0,08 hingga 0,17 hari-1, nilai ?max terbesar senilai 0,1 hari-1, ? -1,7 hingga 1,8, dan ? -0,01±0,02. Produktivitas astaksantin tertinggi terdapat pada variasi kadar N 1,1 mM dan P 0,06 mM, yaitu 30,48 kg/ha/tahun.