Penelitian ini dilatar belakangi oleh kurangnya kemampuan berpikir kritis dan kemampuan pemecahan masalah matematis peserta didik kelas VII di SMP Negeri 3 Karangan disebabkan oleh kecenderungan peserta didik yang pasif selama proses pembelajaran. Hal ini juga disebabkan oleh ketidaksesuaian model pembelajaran yang diterapkan selama proses pembelajaran berlangsung. Berdasarkan hal tersebut perlu adanya pembaruan model pembelajaran untuk meningkatkan kemampuan berpikir kritis dan pemecahan masalah matematis yang mengarah ke sistem pembelajaran student centered yaitu penerapan model pembelajaran berbasis masalah. Tujuan dalam penelitian ini yaitu: (1) Mengetahui ada atau tidaknya perbedaan kemampuan berpikir kritis antara kelas yang menerapkan model pembelajaran berbasis masalah dan model pembelajaran konvensional pada materi bangun datar peserta didik kelas VII SMP Negeri 3 Karangan; (2) Mengetahui ada atau tidaknya perbedaan kemampuan pemecahan masalah matematis antara kelas yang menerapkan model pembelajaran berbasis masalah dan model pembelajaran konvensional pada materi bangun datar peserta didik kelas VII SMP Negeri 3 Karangan; (3) Mengetahui mana yang lebih efektif antara kelas yang menerapkan model pembelajaran berbasis masalah dan model pembelajaran konvensional terhadap kemampuan berpikir kritis peserta didik kelas VII SMP Negeri 3 Karangan; (4) Mengetahui mana yang lebih efektif antara kelas yang menerapkan model pembelajaran berbasis masalah dan model pembelajaran konvensional terhadap kemampuan pemecahan masalah matematis peserta didik kelas VII SMP Negeri 3 Karangan. Pendekatan yang digunakan pada penelitian ini adalah pendekatan kuantitatif dengan rancangan quasy experimental. Desain penelitian ini yaitu pretets-posttest control group design. Populasi penelitian ini adalah seluruh kelas VII SMP Negeri 3 Karangan Trenggalek berjumlah delapan kelas. Pemilihan sampel penelitian menggunakan cluster random sampling, diperoleh kelas VII-B sebagai kelas eksperimen dan kelas VII-C sebagai kelas kontrol dimana masing-masing kelas terdiri dari 32 peserta didik. Prosedur pengumpulan data menggunakan tes dan dokumentasi. Teknik analisis data yang digunakan yaitu teknik analisis data tahap awal terdiri dari uji normalitas dan uji kesamaan kemampuan awal, serta analisis data tahap akhir terdiri dari uji normalitas, uji hipotesis tahap satu dan uji hipotesis tahap dua. Berdasarkan hasil penelitian ini diperoleh: (1) Terdapat perbedaan rata-rata secara signifikan kemampuan berpikir kritis antara kelas yang menerapkan model pembelajaran berbasis masalah dan model pembelajaran konvensional pada materi bangun datar peserta didik kelas VII SMP Negeri 3 Karangan. Hal ini berdasarkan hasil uji independent sample t test melalui aplikasi SPSS 23 menunjukkan bahwa nilai Sig.(2-tailed) atau p-value adalah 0,000 yang berarti kurang dari atau sama dengan α = 0,05; (2) Terdapat perbedaan rata-rata secara signifikan kemampuan pemecahan masalah matematis antara kelas yang menerapkan model pembelajaran berbasis masalah dan model pembelajaran konvensional pada materi bangun datar peserta didik kelas VII SMP Negeri 3 Karangan. Hal ini berdasarkan hasil uji independent sample t test melalui aplikasi SPSS 23 menunjukkan bahwa nilai Sig.(2-tailed) atau p-value adalah 0,000 yang berarti kurang dari atau sama dengan α = 0,05; (3) Kelas yang menerapkan model pembelajaran berbasis masalah lebih efektif daripada kelas yang menerapkan model pembelajaran konvensional terhadap kemampuan berpikir kritis peserta didik kelas VII SMP Negeri 3 Karangan. Hal ini ditunjukkan dengan nilai thitung = 2,54 dan ttabel=1,670 dengan dk= 62, sehingga thitung ≥ ttabel yakni 2,54 ≥ 1,670; (4) Kelas yang menerapkan model pembelajaran berbasis masalah lebih efektif daripada kelas yang menerapkan model pembelajaran konvensional terhadap kemampuan pemecahan masalah matematis peserta didik kelas VII SMP Negeri 3 Karangan. Hal ini ditunjukkan dengan nilai thitung =2,01 dan ttabel=1,670 dengan dk= 62, sehingga thitung ≥ ttabel yakni 2,01 ≥ 1,670. Kata Kunci: Model Pembelajaran Berbasis Masalah, Kemampuan Berpikir Kritis dan Kemampuan Pemecahan Masalah Matematis