Abstrak. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui penerapan model pembelajaran berbasis masalah terhadap penguasaan konsep dan keterampilan berpikir kritis peserta didik. Penelitian ini merupakan eksperimen semu (quasi experimental) dengan menggunakan dua kelas untuk dijadikan obyek penelitian. Sampel penelitian ini berjumlah 72 peserta didik kelas X yang terdistribusi pada dua kelas (X MIPA2 = 36 peserta didik dan kelas X MIPA8 = 36 peserta didik). Pengambilan sampel dalam penelitian ini adalah dengan teknik Purposive Sampling. Sampel dalam penelitian ini adalah Kelas X MIPA8 sebagai kelas eksperimen dan kelas XMIPA2 sebagai kelas kontrol. Berdasarkan hasil analisis data diperoleh nilai rata-rata peserta didik yang diajar dengan model pembelajaran berbasis masalah sebesar 77,92 lebih tinggi dibandingkan dengan pembelajaran langsung yaitu 71,11 dan nilai rata-rata gain kelas eksperimen 0,63 dan kelas kontrol 0,49. Berdasarkan hasil perhitungan menggunakan uji-t pada taraf signifikansi (α) = 0,05, didapatkan thitung> ttabel yaitu 5,661>2,00 maka dapat disimpulkan terdapat perbedaan hasil belajar pada kelas eksperimen yang menggunakan model pembelajaran berdasarkan masalah. Kata Kunci: model pembelajaran berbasis masalah, penguasaan konsep dan keterampilan berpikir kritis