Kemampuan berpikir kritis merupakan keterampilan penting abad ke-21 yang perlu dikembangkan dalam pembelajaran matematika, terutama pada materi Sistem Persamaan Linear Tiga Variabel (SPLTV) yang bersifat kompleks. Namun, kenyataannya kemampuan berpikir kritis siswa masih tergolong rendah. Kondisi ini menunjukkan perlunya pemilihan model pembelajaran yang tepat. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk membandingkan kemampuan berpikir kritis siswa melalui penerapan model pembelajaran Inkuiri Terbimbing dan Problem Based Learning (PBL) dengan pendekatan terdiferensiasi, guna mengetahui model yang lebih mendukung pengembangan kemampuan tersebut. Penelitian ini menggunakan pendekatan kuantitatif komparatif dengan desain true experimental tipe two group posttest only design. Sampel terdiri dari dua kelas X SMA Futuhiyyah Mranggen yang dipilih secara acak. Teknik analisis data menggunakan uji t dan uji Mann-Whitney U dua pihak serta satu pihak kanan. Hasil uji Mann-Whitney U dua pihak menunjukkan nilai Z hitung = -2,324 dan Z tabel = ±1,960, sehingga H0 ditolak dan disimpulkan terdapat perbedaan signifikan antara kedua kelompok. Uji lanjutan satu pihak kanan menunjukkan Z hitung = 2,324 > Z tabel = 1,645, yang berarti kemampuan berpikir kritis siswa pada model PBL dengan pendekatan terdiferensiasi lebih tinggi secara signifikan dibandingkan dengan model Inkuiri Terbimbing dengan pendekatan terdiferensiasi. Dengan demikian, model PBL dengan pendekatan terdiferensiasi direkomendasikan sebagai strategi pembelajaran yang lebih efektif dalam meningkatkan kemampuan berpikir kritis siswa, khususnya pada materi SPLTV.