Tren dalam studi matematika dan sains internasional menunjukkan 95% peserta didik Indonesia berada pada kemampuan berpikir tingkat tinggi yang rendah. Upaya untuk menyikapi hal ini, perlu dilakukan inovasi untuk meningkatkan berpikir tingkat tinggi peserta didik. Model pembelajaran (Experiential Learning) merupakan salah satu model pembelajaran yang menciptakan suasana pembelajaran yang kondusif, dan pembelajaran yang dikaitkan dengan pengalaman lansung mampu meningkatkan penguasaan konsep peserta didik dan akan berpengaruh terhadap berpikir tingkat tinggi peserta didik. Jenis penelitian eksperimen, sampel penelitian yaitu peserta didik kelas XI IPA 1 kelas kontrol dan kelas XI IPA 2 kelas eksperimen. Instrumen pengumpulan data berupa soal pretest, posttest dan wawancara. Hasil penelitian menunjukkan terdapat perbedaan berpikir tingkat tinggi peserta didik yang menggunakan model pembelajaran berbasis pengalaman (Experiential Learning) dengan peserta didik yang menggunakan metode konvensional. Hal tersebut sesuai dengan hasil pretest  peserta didik mampu  menjawab 25% soal jenjang  C4, 51%  soal jenjang C5, dan 52% soal jenjnag C6, setelah   menggunakan model pembelajaran berbasis pengalaman (Experiential Learning) mengalami kenaikan dimana peserta didik kelas eksperimen mampu menjawab 44% soal jenjang C4, 74% soal jenjang C5, dan 72% jenjang soal C6.