Salah satu kemampuan abad 21 yang penting untuk dikembangkan dalam pembelajaran adalah berpikir kritis. Berpikir kritis sangat diperlukan dalam kehidupan untuk menemukan solusi seperti masalah terkait pemanasan global yang sedang dihadapi saat ini. Adapun upaya untuk meningkatkan kemampuan berpikir kritis peserta didik adalah dengan menerapkan model Pembelajaran Berbasis Masalah (PBL). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh implementasi model PBL terhadap kemampuan berpikir kritis peserta didik pada materi pemanasan global dan peningkatan kemampuan berpikir kritis peserta didik. Penelitian ini menggunakan pendekatan kuantitatif dengan metode preexperimental design dalam bentuk one group pretest-posttest. Populasi dalam penelitian ini adalah peserta didik kelas X SMA Negeri 3 Samarinda yang berjumlah 10 kelas dengan sampel sebanyak 36 peserta didik dari kelas X-J. Pengumpulan data menggunakan teknik tes sebanyak 14 soal pilihan ganda yang diberikan saat sebelum dan sesudah perlakuan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa model PBL berpengaruh terhadap kemampuan berpikir kritis dengan nilai Asymp. Sig. (2-tailed) sebesar 0,000 dan terdapat peningkatan kemampuan berpikir kritis dengan nilai N-Gain sebesar 0,58 yang termasuk dalam kriteria sedang. Setiap indikator kemampuan berpikir kritis mengalami peningkatan setelah implementasi PBL dan peningkatan tertinggi terdapat pada indikator likelihood and uncertainty analysis. Hasil ini dapat memberikan kontribusi bagi peningkatan kualitas pendidikan, khususnya dalam pengembangan kemampuan berpikir kritis peserta didik melalui penerapan model pembelajaran yang inovatif dan kontekstual seperti PBL. Selain itu, diperlukan suatu model pembelajaran yang lebih efektif untuk meningkatkan semua indikator berpikir kritis.