A aprendizagem do componente curricular Química, por muitas vezes, é considerada como difícil, enfadonha e desafiadora, essa perspectiva reflete a opinião e o preconceito de boa parte dos alunos do Ensino Médio, em que sentem os conhecimentos deste componente curricular muito distante da sua realidade e sem significado real para que seja aprendido. Assim, o docente encontra um grande gargalo a ser superado para que ocorra de forma efetiva o processo de ensino e aprendizagem de Química. Perante o exposto, este trabalho tem como objetivo principal analisar a utilização da Metodologia Ativa Aprendizagem por Investigação Científica para promover uma aprendizagem significativa dos conhecimentos de Química em uma escola pública do interior do Rio Grande do Norte. O presente trabalho trata-se de uma abordagem qualitativa do tipo pesquisa-ação e para coleta de dados foram utilizados observações, mapa conceitual e a aplicação de questionário semiestruturado, a fim de obter as perspectivas e compreender os processos cognitivos envolvidos na construção dos conhecimentos pelos alunos acerca da utilização da aprendizagem por investigação para tornar a aprendizagem de Química significativa. Os dados obtidos evidenciam, de forma geral, que esta metodologia ativa proporciona uma mudança considerável no envolvimento da maioria dos alunos nas aulas de Química, tornando-os sujeitos ativos e protagonistas no desenvolvimento do próprio conhecimento conceitual, bem como, no procedimental e atitudinal. Além disso, possibilitou uma aproximação dos conhecimentos do cotidiano do aluno com os conhecimentos científicos, tornando o ato de aprender mais significativo e atrativo. Diante disso, o desenvolvimento desta proposta de metodologia ativa no ensino de Química, como estratégia complementar à metodologia tradicional, evidencia um grande potencial na aquisição e ressignificação do conhecimento conceitual por parte do aluno, além de instigar diversas discussões acadêmicas acerca da aplicação prática no processo de ensino e aprendizagem nas escolas públicas, frente às mais diversas limitações.