Rendahnya capaian literasi matematika siswa Indonesia pada PISA 2022 mengindikasikan perlunya model pembelajaran yang mampu meningkatkan kemampuan kognitif dan metakognitif. Model pembelajaran IMPROVE, yang menekankan langkah metacognitive questioning dan self-regulated learning, diyakini dapat meningkatkan berbagai aspek kemampuan matematis. Penelitian ini bertujuan menentukan pengaruh model IMPROVE terhadap kemampuan matematis melalui meta-analisis, sekaligus mengidentifikasi efektivitasnya berdasarkan variabel moderator. Penelitian ini menggunakan pendekatan meta-analisis comparison of group contrast terhadap 30 publikasi periode 2015–2025 yang memenuhi kriteria inklusi berbasis skema PICO. Data dianalisis menggunakan SPSS v29 untuk menghitung effect size keseluruhan dan subkelompok, disertai uji heterogenitas (I²) serta uji bias publikasi melalui Funnel Plot dan Egger Regression Test. Hasil analisis menunjukkan effect size keseluruhan sebesar 1,106 (kategori sangat besar), yang berarti model IMPROVE secara konsisten berdampak positif signifikan terhadap kemampuan matematis. Efektivitas tertinggi ditemukan pada kemampuan representasi matematis (ES=1,955, luar biasa) dan pemecahan masalah (ES=1,224, sangat besar), sementara berdasarkan jenjang pendidikan, pengaruh terbesar terjadi pada tingkat perguruan tinggi (ES=1,626, luar biasa). Tidak terdeteksi bias publikasi yang signifikan. Publikasi primer hanya diambil dari database Google Scholar, sehingga penelitian lanjutan disarankan memperluas sumber ke Scopus dan WoS. Model IMPROVE dapat diimplementasikan di berbagai jenjang pendidikan, dengan potensi tertinggi untuk meningkatkan representasi dan pemecahan masalah matematis, terutama di perguruan tinggi. Studi ini merupakan meta-analisis pertama yang secara khusus mengevaluasi model IMPROVE, memberikan bukti empiris kuat akan efektivitasnya lintas konteks dan jenjang pendidikan.