Penelitian ini bertujuan untuk: (1) mengetahui pengaruh model pembelajaran berbasis masalah terhadap kemampuan berpikir kritis Fisika peserta didik kelas X; (2) mengetahui pengaruh pengetahuan awal terhadap kemampuan berpikir kritis Fisika peserta didik kelas X; (3) mengetahui interaksi antara model pembelajaran berbasis masalah dan pengetahuan awal terhadap kemampuan berpikir kritis Fisika peserta didik kelas X. Jenis penelitian ini adalah penelitian kuasi eksperimen dengan desain penelitian Factorial Design 2 x 2. Populasi penelitian menggunakan seluruh peserta didik kelas X MIA SMA Negeri 1 Kediri. Pengambilan sampel penelitian menggunakan teknik cluster random sampling. Pengumpulan data pengetahuan awal peserta didik menggunakan tes pilihan ganda dan pengumpulan data kemampuan berpikir kritis peserta didik menggunakan tes uraian. Data hasil dianalisis menggunakan uji hipotesis anava dua jalan dengan taraf signifikansi 5%. Hasil penelitian menunjukkan bahwa: (1) ada pengaruh model pembelajaran berbasis masalah terhadap kemampuan berpikir kritis Fisika peserta didik kelas X; (2) ada pengaruh pengetahuan awal terhadap kemampuan berpikir kritis Fisika peserta didik kelas X; (3) tidak ada interaksi antara model pembelajaran berbasis masalah dan pengetahuan awal terhadap kemampuan berpikir kritis Fisika peserta didik kelas X.