En "historisk strävan" för folket, enligt separatistledaren Anatolij Bibilov.
"Anatolij Bibilov har undertecknat ett dekret för att hålla en folkomröstning i republiken Sydossetien", står det i ett uttalande från Bibilovs kontor.
Folkomröstningen ska hållas den 17 juli.
Ryssland gick i femdagarskriget 2008 in i Georgien och fördrev landets styrkor från Sydossetien och Abchazien. Därefter utropade båda områdena självständighet – något som bara har erkänts av Ryssland och ett fåtal allierade. Ryssland har sedan dess haft militärbaser i områdena och stärkt sitt inflytande.
Georgien har tidigare fördömt en eventuell folkomröstning i Sydossetien som oacceptabel.
Beskedet från Sydossetien kommer samtidigt som kriget rasar i separatistområdena Donetsk och Lugansk i östra Ukraina. Inför invasionen i februari erkände Ryssland de två ukrainska regionerna som självständiga folkrepubliker.