Studi ini dilakukan untuk mengetahui penerapan model problem-based learning dengan pembelajaran berdiferensiasi untuk mengetahui peningkatan kemampuan critical thinking dan hasil belajar siswa kelas X3 SMA Negeri 9 Yogyakarta pada mata pelajaran ekonomi dengan jumlah siswa sebesar 36. Penelitian ini dilaksanakan selama bulan Maret – April. Prosedur penelitian dimulai dari perencanaan, pelaksanaan, pengamatan, refleksi, dan rencana tidak lanjut. Instrument yang digunakan berupa modul ajar, lembar ceklist serta observasi, dan catatan harian. Mentode pengumpulan data dengan observasi dan dokumentasi berkaitan dengan pelaksanaan pembelajaran dan kemampuan critical thinking siswa. Hasil studi ini menunjukkan terjadinya peningkatan kemampuan critical thinking dari kondisi awal 15,28% siswa telah memiliki kemampuan critical thinking, dengan tindakan pada siklus I sebanyak 25,69% siswa memiliki kemampuan berpikir krits, dan tindakan pada siklus II sebanyak 50,69% memiliki kemampuan critical thinking. Hasil penelitian ini menunjukkan peningkatan hasil belajar, hal ini dapat dilihat dari kondisi awal yang dapat mencapai KKM sebesar 16,7% pada siklus I mengalami peningkatan menjadi 47,22%, dan pada siklus II menjadi 77,78% siswa mendapatkan nilai diatas KKM yaitu 75. Peningkatan pada setiap siklus ini menandakan bahwa model problem-based learning dengan pembelajaran berdiferensiasi dapat meningkatkan kemampuan critical thinking dan hasil belajar siswa di SMA N 9 Yogyakarta.