Penelitian ini bertujuan mengetahui: (1) kelayakan modul biologi problem based learning (PBL) tentang materi sistem pernapasan, (2) efektivitas modul biologi PBL pada materi sistem pernapasan terhadap kemampuan berpikir kritis, dan (3) perbedaan prestasi peserta didik yang menggunakan modul biologi PBL dengan peserta didik yang hanya belajar menggunakan model PBL dan tanpa modul biologi PBL. Jenis penelitian ini research and development (R&D). Populasi penelitian kelas XI MIPA 1 berjumlah 34 peserta didik sebagai kelas eksperimen dan XI MIPA 2 berjumlah 34 peserta didiksebagai kelas kontrol di SMA N 1 Bandar Lampung. Pengujian produk menggunakan desain kuasi eksperimen yaitu nonequivalent control group pretest posttest design. Teknik pengumpulan data menggunakan teknik tes dan nontes. Teknik analisis menggunakan uji U Mann Withney.  Hasil penelitian menunjukkan: (1) modul biologi PBL materi sistem pernapasan yang dikembangkan memenuhi syarat kelayakan dari aspek substansi, konstruksi dan bahasa, (2) modul biologi PBL yang dikembangkan efektif dalam meningkatkan kemampuan berpikir kritis peserta didik SMA, dan (3) terdapat perbedaan prestasi belajar yang signifikan antara peserta didik yang menggunakan modul biologi PBL dengan yang menggunakan model PBL tanpa modul dilihat dari tingkat ketercapaian proses belajar peserta didik yang menggunakan modul dengan langkah PBL secara mandiri lebih tinggi dibanding dengan yang dibimbing oleh guru tanpa modul.