Peningkatan kebutuhan global terhadap asam laktat sebagai bahan baku polylactic acid (PLA) mendorong pengembangan proses produksi asam laktat yang berkelanjutan dan ekonomis menggunakan substrat terbarukan. Molasses sebagai limbah industri gula yang kaya akan gula fermentabel memiliki potensi besar sebagai substrat alternatif terbarukan dalam produksi asam laktat. Penelitian ini bertujuan untuk mengoptimasi konsentrasi molasses dan waktu fermentasi pada biokonversi molasses menjadi asam laktat menggunakan Lactobacillus delbrueckii. Metode penelitian menggunakan Response Surface Methodology (RSM) dengan desain Face Centered Central Composite Design (FCCCD). Variabel bebas yang digunakan adalah konsentrasi molasses (10%, 15%, dan 20%) dan waktu fermentasi (24, 48, dan 72 jam), sedangkan respons yang diamati meliputi kadar asam laktat, pH akhir fermentasi, dan biomassa sel (OD600). Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi molasses dan waktu fermentasi berpengaruh signifikan terhadap produksi asam laktat. Kondisi optimum produksi asam laktat diperoleh pada konsentrasi molasses 17,168% dan waktu fermentasi 72 jam, dengan kadar asam laktat 15,305 g/L, pH 4,096, biomassa sel 1,357, serta nilai desirability 0,884. Pemodelan kuadratik hasil analisis ANOVA menunjukkan kesesuaian yang baik terhadap data eksperimen dengan nilai signifikansi p < 0,05 untuk respons kadar asam laktat dan pH. Sedangkan untuk respons biomassa sel dapat dimodelkan menggunakan persamaan regresi 2FI. Penelitian ini membuktikan bahwa molasses berpotensi digunakan sebagai substrat ekonomis terbarukan dan berkelanjutan untuk produksi asam laktat melalui fermentasi menggunakan bakteri asam laktat Lactobacillus delbreuckii.