Penelitian ini dilatarbelakangi oleh kemampuan berpikir kritis dan keterampilan kolaborasi siswa yang masih perlu ditingkatkan. Jenis penelitian berupa kuantitatif dengan studi komparasi. Pengambilan sampel digunakan teknik purposive sampling terpilih kelas XI MIPA 2 dan XI MIPA 5. Tujuan penelitian ini yaitu untuk menganalisis perbedaan kemampuan berpikir kritis dan keterampilan kolaborasi dengan menggunakan model pembelajaran STAD dan aplikasi Android pada siswa kelas XI MIPA SMAN 1 Kaliwungu. Metode pengumpulan data yang digunakan berupa wawancara, observasi, tes dan non tes. Teknik analisis data yang diperlukan adalah uji homogenitas, uji normalitas, uji Independent Sample test, serta uji N-gain. Uji Independent Sample test nilai sig (2-tailed) untuk kemampuan berpikir kritis adalah 0,027 dan nilai sig (2-tailed) untuk keterampilan kolaborasi adalah 0,039 karena perolehan nilai sig 2-tailed < 0,05 maka ditetapkan bahwa H0 ditolak dan H1 diterima. Hasil penelitian menyatakan bahwa terdapat perbedaan antara kemampuan berpikir kritis dan keterampilan kolaborasi siswa yang menggunakan model pembelajaran STAD dengan aplikasi Android. Uji N-gain didapatkan hasil bahwa model pembelajaran STAD meningkatkan kemampuan berpikir kritis lebih efektif, sedangkan keterampilan kolaborasi cukup efektif pada kedua kelas eksperimen.