Penelitian sebelumnya menyatakan bahwa siswa kurang memandang kimia sebagai salah satu bagian dari ilmu sains yang terintegrasi dengan teknologi, lingkungan, dan masyarakat, sehingga keterampilan berpikir kritis siswa kurang dilatih dengan baik. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui pengaruh penerapan model Problem Based Learning (PBL) berpendekatan Science, Environment, Technology, Society (SETS) terhadap keterampilan berpikir kritis siswa pada materi minyak bumi. Metode penelitian yang dipilih pada penelitian ini adalah kuasi eksperimen. Sampel penelitian pada kelas eksperimen maupun kontrol berjumlah 37 orang siswa. Teknik pengambilan data yang dipilih dalam penelitian adalah purposive sampling. Instrumen yang digunakan yaitu tes uraian berpikir kritis siswa sebanyak sembilan butir soal. Hasil menunjukkan bahwa adanya peningkatan rata-rata hasil post-test siswa kelas eksperimen yang lebih baik dibandingkan kelas kontrol, yaitu 81,8 dan 76,8. Artinya, ada perbedaan nilai rata-rata yang diperoleh siswa di kelas eksperimen maupun kontrol, sehingga model PBL berpendekatan SETS berpengaruh terhadap keterampilan berpikir kritis siswa. Rata-rata ketercapaian indikator keterampilan berpikir kritis di kelas eksperimen yang menggunakan model PBL berpendekatan SETS memperoleh persentase yang lebih tinggi dibandingkan kelas kontrol yang menggunakan model konvensional, yaitu 82,7% dan 72,7%.