Penelitian ini dilatarbelakangi oleh kurang antusiasnya siswa dalam pembelajaran serta tidak maksimalnya pemanfaatan informasi belajar dalam kehidupan sehari-hari. Selain itu, pembelajaran berbasis masalah belum pernah diterapkan dalam kegiatan pembelajaran, karena lingkungan di sekolah yang kurang memadai. Hal ini dapat menyebabkan tidak terlatihnya kemampuan berpikir kritis siswa. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis peningkatan kemampuan berpikir kritis siswa dengan menggunakan model Problem Based Instruction (PBI) pada materi pemanasan global. Metode penelitian menggunakan kuasi eksperimen dengan rancangan nonequivalent control group design. Sampel yang digunakan sebanyak 72 siswa kelas VII di SMPN 5 Cianjur dengan teknik purposive sampling. Instrumen yang digunakan adalah tes tulis berupa soal-soal tes kemampuan berpikir kritis yang dianalisis secara kuantitatif. Data hasil angket skala sikap, lembar observasi dan wawancara dianalisis secara kualitatif. Hasil penelitian menunjukkan rata-rata skor pretest kelas yang menggunakan model PBI pada materi pemanasan global yaitu 51,17; postest 72,44; dan N-gain 0,58 dengan kategori sedang, sedangkan kelas yang tanpa menggunakan model PBI pada materi pemanasan global memiliki skor rata-rata pretest 48,28; postest 61,42; dan N-gain 0,33 dengan kategori sedang. Persentase kinerja guru memperoleh rata-rata 97,5% dengan kategori sangat baik. Persentase aktivitas siswa memperoleh rata-rata 93,35% dengan kategori sangat baik. Respon siswa memperoleh nilai rata-rata 4,2 dengan kualifikasi tinggi. Berdasarkan uji statistik diperoleh Zhitung 3,72 > Ztabel  1,64 maka H0 ditolak. Dimana dapat disimpulkan bahwa terdapat peningkatan kemampuan berpikir kritis siswa melalui penerapan model Problem Based Instruction pada materi pemanasan global.