Pendidikan di abad ke-21 peserta didik dituntut untuk memiliki keterampilan, salah satunya Higher Order Thinking Skills dan Self Regulation. Namun, kenyataan dilapangan pada beberapa sekolah khususnya di Semarang masih menggunakan Lower Order Thinking Skills. Sehingga penerapan model pembelajaran yang sesuai, salah satunya Problem Based Learning diperlukan dengan keinginan peserta didik dapat berpartisipasi aktif, kreatif dan mandiri dalam menjalankan pembelajaran. Tujuan penelitian ini adalah (1) menganalisis pengaruh model pembelajaran Problem Based Learning terhadap keterampilan Higher Order Thinking Skills; (2) menganalisis pengaruh model pembelajaran Problem Based Learning terhadap Self Regulation. Metode penelitian yang digunakan adalah quasi experimental designs dengan desain the nonequivalent control group design. Teknik sampling yang digunakan dalam penelitian ini adalah purposive sampling dengan sampel peserta didik kelas XI MIPA 8 sebagai kelas kontrol dan peserta didik kelas XI MIPA 9 sebagai kelas eksperimen. Instrumen yang digunakan dalam penelitian ini adalah wawancara, tes soal pretest-posttest Higher Order Thinking Skills, angket pretest-posttest Self Regulation dan dokumentasi. Uji hipotesis menggunakan uji Anacova. Berdasarkan hasil penelitian, menunjukkan bahwa (1) terdapat pengaruh model pembelajaran Problem Based Learning terhadap keterampilan Higher Order Thinking Skills peserta didik kelas XI SMA yang dapat dilihat dari nilai signifikansinya yaitu sebesar 0,000. Nilai signifikansi 0.000 < 0.05, dengan demikian Ha diterima; (2) terdapat pengaruh model pembelajaran Problem Based Learning terhadap Self Regulation peserta didik kelas XI SMA yang dapat dilihat dari nilai signifikansinya yaitu sebesar 0,000. Nilai signifikansi 0.000 < 0.05, dengan demikian Ha diterima.