Penelitian ini bertujuan untuk mengeksplorasi penerapan Problem Based Learning (PBL) dalam pembelajaran Pendidikan Agama Islam (PAI), menganalisis pengembangan kemampuan berpikir kritis mahasiswa, serta mengidentifikasi dinamika dan tantangan penerapan PBL pada mahasiswa Program Studi Pendidikan Guru Madrasah Ibtidaiyah di Institut Agama Islam Sumatera Barat Pariaman. Penelitian menggunakan pendekatan kualitatif dengan jenis studi kasus. Informan penelitian terdiri atas 1 dosen pengampu mata kuliah dan 33 mahasiswa PGMI yang mengikuti pembelajaran berbasis PBL. Data dikumpulkan melalui observasi, wawancara semi-terstruktur, dan dokumentasi, kemudian dianalisis menggunakan model interaktif melalui tahapan reduksi data, penyajian data, dan penarikan kesimpulan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penerapan PBL mampu menciptakan pembelajaran yang lebih aktif, partisipatif, dan berpusat pada mahasiswa melalui tahapan orientasi masalah, diskusi kelompok, investigasi mandiri, presentasi, dan refleksi pembelajaran. PBL juga berkontribusi terhadap pengembangan kemampuan berpikir kritis mahasiswa yang terlihat dari meningkatnya kemampuan mahasiswa dalam menganalisis masalah, membangun argumentasi, mengevaluasi pendapat, serta merumuskan solusi berdasarkan perspektif nilai-nilai Islam. Selain itu, penelitian ini menemukan adanya dinamika dan tantangan dalam penerapan PBL, seperti rendahnya keberanian sebagian mahasiswa dalam berdiskusi dan keterbatasan dalam mencari sumber rujukan akademik. Penelitian ini menunjukkan bahwa PBL dapat menjadi alternatif model pembelajaran yang efektif dalam mengembangkan kemampuan berpikir kritis mahasiswa pada pembelajaran PAI.