Pendidikan dalam kurikulum merdeka saat ini menuntut peserta didik untuk memiliki kecakapan atau keterampilan abad ke-21. Keterampilan berpikir kritis dan literasi sains menjadi salah satu keterampilan yang harus dimiliki oleh siswa. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penerapan model pembelajaran problem based learning terhadap keterampilan berpikir kritis dan literasi sains siswa. Jenis eksperimen ini adalah kuasi eksperimen, nonequivalent control group design. Populasi yang digunakan dalam penelitian ini adalah siswa kelas XI SMA Muhammadiyah 5 Todanan. Teknik pengambilan sampel menggunakan yakni purposive sampling, dengan kemudian diambil kelas XI2 dan XI3 sebagai sampel, terbagi atas kelas kontrol dan eksperimen, masing-masing kelas berjumlah 30. Instrumen penelitian yang digunakan adalah tes. Hasil penelitian dianalisis menggunakan uji statistik One Way Anova. Hasil penelitian menunjukkan bahwa (1) terdapat pengaruh penerapan model pembelajaran problem based learning terhadap keterampilan berpikir kritis siswa, dengan dibuktikan perolehan nilai Sig. 0.000, (2) terdapat pengaruh penerapan model pembelajaran problem based learning terhadap literasi sains siswa, dengan dibuktikan perolehan nilai Sig. 0.000.