Penelitian dilatarbelakangi rendahnya kemampuan berlanar kritis dan kolaborasi peserta didik kelas IV SD Negeri 2 Karangpucung mata pelajaran IPAS terutama materi keanekaragaman hayati. Masalah utama yang ditemukan meliputi kurangnya keterlibatan aktif peserta didik saat aktivitas pembelajaran, peserta didik belum mampu memahami informasi dan perintah yang disampaikan guru, dan rendahnya antar interaksi peserta didik. Selain itu, keterbatasan fasilitas dan alat penunjang seperti media pembelajaran sehingga proses pembelajaran mendalam belum maksimal. Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan kemampuan bernalar kritis dan kolaborasi melalui penerapan media pembelajaran diorama berbasis augmented reality pada materi keanekaragaman hayati. Penelitian menggunakan menggunakan desain Penelitian Tindakan Kelas (PTK) Kemmis dan McTaggart yang meliputi dua siklus. Penelitian ini melibatkan 19 peserta didik kelas IV SD Negeri 2 Karangpucung. Instrumen penelitian meliputi tes bernalar kritis, lembar observasi kolaborasi, lembar pengamatan aktivitas guru, dan lembar pengamatan aktivitas peserta didik. Hasil penelitian menunjukan peningkatan kedua variabel setelah diterapkan media pembelajaran. Hasil perolehan bernalar kritis siklus I memperoleh kategori “sangat kurang” (26%) lalu pada siklus II naik menjadi “baik sekali” (84%). Meningkatnya keterampilan kolaborasi dari kriteria “cukup” (57%) pada siklus I meningkat “baik sekali” (89%) pada siklus II. Capaian penelitian membuktikan bahwa penerapan media pembelajaran diorama berbasis augmented reality dapat meningkatkan kemampuan bernalar kritis dan kolaborasi pada materi keanekaragaman hayati dikelas IV SD Negeri 2 Karangpucung.