Memahami Nature of Science (NOS) dapat membantu meningkatkan kemampuan berpikir dan bernalar, karena berhubungan erat dengan penyelesaian masalah secara ilmiah. Kemampuan berpikir kritis dapat digunakan mahasiswa dalam menyelesaikan masalah, baik untuk diri sendiri maupun masyarakat. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kemampuan berpikir kritis yang dimiliki mahasiswa Pendidikan Kimia UIN Walisongo Semarang berbasis Nature of Science. Jenis penelitian ini yaitu penelitian kualitatif dengan pendekatan studi kasus. Informan diambil berdasarkan Teknik Purposive Sampling, dimana informan ditentukan berdasarkan kebutuhan peneliti yaitu pada Mahasiswa Pendidikan Kimia UIN Walisongso Semarang yang berada pada semester 3, 5, dan 7. Sumber data didapatkan dari kuisioner NOS berbentuk open-ended question dan wawancara. Keabsahan data penelitian diuji menggunakan triangulasi data, dimana peneliti membandingkan hasil kuesioner dan wawancara dengan jurnal untuk mendapatkan data yang valid. Hasil analisis data kemampuan berpikir kritis yang dimiliki mahasiswa Pendidikan Kimia semester 3, 5, dan 7 berbasis NOS yaitu kemampuan regulasi diri, kemampuan interpretasi, dan kemampuan inferensi dengan pemahaman NOS pada informan DH informed, MN Electic, dan TL Electic-Naїve. Penelitian ini dapat dijadikan acuan untuk peneliti selanjutnya dalam meneliti peningkatan kemampuan berpikir kritis berbasis Nature of Science.