Penelitian ini dilatarbelakangi oleh rendahnya keterampilan berpikir kritis siswa berdasarkan penelitian pendahuluan yang dilakukan oleh peneliti, yang menunjukkan bahwa 17 dari 30 siswa memperoleh skor dibawah rata-rata pada mata pelajaran fisika. Sehingga diperlukan inovasi penggunaan model pembelajaran untuk meningkatkan keterampilan berpikir kritis siswa. Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui pengaruh model pembelajaran Brain-Based Learning (BBL) terhadap keterampilan berpikir kritis siswa dan perbedaan peningkatan keterampilan berpikir kritis antara kelas dengan kelas eksperimen. Penelitian ini dilakukan di SMPN 1 Kotagajah, dengan menggunakan non-equivalent control group design. Hasil penelitian menunjukkan bahwa implementasi model pembelajaran BBL berpengaruh signifikan terhadap keterampilan berpikir kritis siswa kleas VII. Kelas eksperimen yang mengimplementasikan model pembelajaran BBL menunjukkan peningkatan keterampilan berpikir kritis lebih tinggi dengan rata-rata N-Gain 0,64 dibandingkan dengan kelas kontrol dengan rata-rata N-Gain 0,40, sehingga model pembelajaran ini dapat diterapkan dalam pembelajaran sebagai salah satu cara untuk meningkatkan keterampilan berpikir kritis siswa.