Pembelajarn berbasis masalah mengarahkan siswa untuk mandiri dalam membangun pengetahuannya. Salah satu kemampuan belajar mandiri adalah kemampuan berpikir kritis. Penelitian ini merupakan penelitian kuasi eksperimen dengan desain nonequivalent control group design yang bertujuan untuk mengkaji pengaruh penerapan model pembelajaran berbasis masalah terhadap kemampuan berpikir kritis yang meliputi kemampuan mengorganisir informasi, kemampuan menganalisis argumen dan kemampuan mengemukakan penjelasan apabila memungkinkan pada materi pokok konsep mol. Penelitian ini dilakukan di MA An Nur Ngrukem Bantul kelas X MIA semester genap tahun pelajaran 2016/ 2017 pada materi pokok konsep mol. Populasi penelitian ini adalah seluruh peserta didik kelas X MIA. Sampel yang digunakan adalah kelas X MIA 1 (kelas kontrol) dan kelas X MIA 2 (kelas eksperrimen). Intrumen yang digunakan berupa soal kemampuan berpikir kritis. Analisis data skor kemampuan berpikir kritis dilakukan menggunakan uji statistik parametrik uji t untuk mengakaji pengaruh model pembelajaran berbasis masalah. Hasil uji statistika terhadap skor kemampuan berpikir kritis diperoleh nilai Sig. (2-tailed) 0,000 < (0,05) untuk postes. Hal ini menunjukan bahwa terdapat pengaruh signifikasi dari penerapan model pembelajaran berbasis masalah terhadap kemampuan berpikir kritis.