Penelitian ini dilatarbelakangi oleh pentingnya kemampuan berpikir kritis matematis dan self efficacy siswa, namun kenyataannya berdasarkan studi pendahuluan yang dilaksanakan di SMP Negeri 1 Kota Serang kedua hal tersebut belum sesuai dengan harapan. Tujuan penelitian ini adalah mengetahui perbedaan kemampuan berpikir kritis matematis dan self efficacy siswa antara kelas yang menggunakan model Pembelajaran Berbasis Masalah terintegrasi (Science, Technology, Engineering, and Mathematics) STEM dan model pembelajaran konvensional dengan metode ceramah, serta mengetahui peningkatan kemampuan berpikir kritis antara dua kelompok penelitian. Jenis penelitian ini adalah kuasi eksperimen dengan desain Pretest-Posttest Nonequivalent Control Group Design. Populasi dalam penelitian ini yaitu siswa kelas VII SMP Negeri 1 Kota Serang tahun ajaran 2023/2024. Sampel penelitiannya adalah kelas VII C sebagai kelas kontrol dan kelas VII D sebagai kelas eksperimen yang dipilih melalui teknik purposive sampling. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa: 1) Terdapat perbedaan kemampuan berpikir kritis antara siswa yang memperoleh model Pembelajaran berbasis Masalah terintegrasi STEM dengan siswa yang memperoleh model pembelajaran konvensional metode ceramah, dengan perolehan rata-rata kelas eksperimen lebih baik dibandingkan rata-rata kelas kontrol, 2) Terdapat perbedaan self efficacy antara siswa yang memperoleh model Pembelajaran berbasis Masalah terintegrasi STEM dengan siswa yang memperoleh model pembelajaran konvensional metode ceramah, dengan perolehan rata-rata kelas eksperimen lebih baik dibandingkan kelas kontrol, 3) Peningkatan kemampuan berpikir kritis siswa yang memperoleh Pembelajaran Berbasis Masalah terintegrasi STEM lebih baik dibanding siswa yang memperoleh model pembelajaran konvensional dengan metode ceramah, dengan perolehan rata-rata N-Gain kelas eksperimen lebih baik dibandingkan kelas kontrol.