Penelitian ini bertujuan untuk: 1) mengetahui karakteristik instrumen tes terintegrasi agama dan sains untuk mengukur kemampuan berpikir kritis dalam pembelajaran PAI SMA Negeri kelas X,  dan 2) mendeskripsikan hasil pengukuran dari instrumen tes. Penelitian ini merupakan penelitian pengembangan yang berfokus pada konstruksi tes dan pengukuran kemampuan kognitif. Model pengembangan menggunakan modifikasi model Oriondo & Dallo-Antonio yang dirumuskan dalam tiga tahap: 1) tahap perencanaan instrumen, 2) tahap uji coba instrumen pada 563 siswa SMA kelas X di Kota Yogyakarta, 3) tahap pengukuran kemampuan berpikir kritis. Instrumen tes dari dua paket tes. Total item tes sebanyak 45 item masing-masing terdiri dari 25 item dengan 5 item bersama (anchor). Tingkat kesukaran berada pada level sedang dengan rentang -1,64 sampai 1,38 sehingga semua item tergolong baik. Analisis parameter item dengan program Quest dan Parscale diperoleh keseluruhan item fit dengan Partial Credit Model. Hasil pengukuran kemampuan berpikir kritis peserta didik tergolong rendah ditunjukkan oleh θ rata-rata sebesar -0,11 pada rentang skor -0,62 sampai 0,14. Sejumlah tujuh guru pengguna instrumen tes menyatakan bahwa instrumen tes layak digunakan dalam pembelajaran. Dengan demikian instrumen tes cocok dan layak digunakan untuk mengukur hasil pembelajaran khususnya pada kemampuan berpikir kritis peserta didik.