Pembelajaran berdiferensiasi merupakan salah satu pendekatan yang dapat meningkatkan kemampuan berpikir kritis peserta didik dipadukan dengan model pembelajaran yang sesuai. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui efektivitas pembelajaran berdiferensiasi dengan model Problem Based Learning dalam meningkatkan kemampuan berpikir kritis peserta didik kelas XI SMA Negeri 8 Samarinda. Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian adalah pendekatan kuantitatif dengan One Group Pretest-Posttest Design. Sampel penelitian yang digunakan berjumlah 34 peserta didik yang diambil dengan teknik purposive sampling. Teknik pengumpulan data menggunakan tes kemampuan berpikir kritis dan kuesioner gaya belajar. Hasil penelitian menunjukkan bahwa terdapat peningkatan yang signifikan dalam kemampuan berpikir kritis peserta didik dengan nilai rata-rata keseluruhan hasil pretest sebesar 23,18 meningkat menjadi 71,06 pada hasil posttest. Analisis N-Gain menunjukkan bahwa peningkatan kemampuan berpikir kritis berada dalam kriteria sedang pada setiap gaya belajar: 1) Visual sebesar 0,63 pada 11 peserta didik; 2) Auditori sebesar ,62 pada 11 peserta didik; dan 3) Kinestetik sebesar 0,64 pada 12 peserta didik. Berdasarkan hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa pembelajaran berdiferensiasi dengan model Problem Based Learning cukup efektif dalam meningkatkan kemampuan berpikir kritis peserta didik. Rekomendasi untuk penelitian selanjutnya adalah untuk menganalisis lebih lanjut metode pembelajaran dengan pendekatan berdiferensiasi yang dapat meningkatkan kemampuan berpikir kritis peserta didik.