Pekalongan diperoleh bahwa nilai rata-rata hasil belajar peserta didik di setiap kelas yang memenuhi nilai kriteria ketuntasan maksimal (KKM) hanya sekitar 26% dari jumlah seluruh peserta didik kelas XI MIPA. Rendahnya hasil belajar juga menandakan bahwa keterampilan berpikir kritis yang dimiliki peserta didik juga rendah. Salah satu faktor penyebabnya yaitu penggunaan model pembelajaran yang kurang efektif. Oleh karena itu, dibutuhkan suatu model pembelajaran yang efektif dalam meningkatkan keterampilan berpikir kritis peserta didik. Penelitian ini dilakukan bertujuan untuk mengetahui dampak dari penerapan model learning cycle 7E dengan pendekatan STEM terhadap keterampilan berpikir kritis peserta didik di MAN 1 Kota Pekalongan khususnya pada materi laju reaksi. Penelitian ini menggunakan desain non-equivalent control group desain. Pengambilan sampel yang dilakukan menggunakan teknik cluster random sampling, sehingga didapati kelas XI MIPA 1 sebagai kelas eksperimen dan XI MIPA 5 sebagai kelas kontrol. Berdasarkan data hasil penelitian, didapati nilai rata-rata hasil post-test kelas eksperimen sebesar 74,00 dan kelas kontrol sebesar 53,82. Berdasarkan hasil uji independent sample t-test diperoleh nilai signifikansi 0,000 yang artinya kurang dari 0,05 sehingga model learning cycle 7E dengan pendekatan STEM berpengaruh terhadap keterampilan berpikir kritis peserta didik khususnya pada materi laju reaksi. Selain itu, berdasakan hasil uji effect size didapati hasil sebesar 1,7 yang menandakan pengaruhnya sangat besar.