Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui efektivitas model pembelajaran Challenge Based Learning terhadap keterampilan berpikir kritis dan sikap ilmiah peserta didik pada materi kimia hijau. Latar belakang penelitian ini didasari rendahnya keterampilan berpikir kritis dan sikap ilmiah peserta didik akibat dominasi metode pembelajaran konvensional yang cenderung monoton. Metode penelitian yang digunakan adalah kuasi eksperimen dengan desain non-equivalent control group design. Subjek penelitian terdiri dari dua kelas X di MAN 1 Kota Semarang yang dipilih, masing- masing sebagai kelas eksperimen dan kontrol. Instrumen penelitian terdiri atas tes uraian untuk mengukur keterampilan berpikir kritis dan angket untuk menilai sikap ilmiah. Data dianalisis melalui uji normalitas, homogenitas, uji-t, dan uji effect size. Hasil penelitian menunjukkan penerapan model challenge based learning berpengaruh signifikan terhadap peningkatan keterampilan berpikir kritis dan sikap ilmiah peserta didik dibandingkan dengan model pembelajaran konvensional. Nilai effect size yang diperoleh berada pada kategori sangat kuat, menunjukkan bahwa pengaruh challenge based learning sangat kuat. Kesimpulannya, model Challenge Based Learning efektif digunakan dalam pembelajaran kimia hijau untuk meningkatkan keterampilan berpikir kritis dan sikap ilmiah peserta didik.