Mahasiswa calon guru matematika perlu memiliki kemampuan berpikir probabilistik karena akan mengajarkan konsep-konsep probabilistik kepada para siswa. Kemampuan berpikir probabilistik mahasiswa dapat diamati melalui empat level, yakni: level 1 (subjective), level 2 (transitional), level 3 (quantitative informal), dan level 4 (numerical). Oleh karena itu tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengeksplorasi level berpikir probabilistik mahasiswa calon guru matematika dalam menyelesaikan masalah distribusi peluang gabungan. Subjek dalam penelitian ini adalah mahasiswa prodi pendidikan matematika yang sedang menempuh mata kuliah statistik matematika dengan kemampuan matematika tinggi, sedang, dan rendah. Teknik yang digunakan untuk mengumpulkan data penelitian adalah tes tertulis dan wawancara untuk mengetahui level berpikir probabilistik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses berpikir probabilistik mahasiswa dengan kemampuan matematika tinggi masuk pada level 4, hal ini terlihat dari kemampuan mahasiswa dalam mengonstruksi anggota ruang sampel dengan menggunakan pola tertentu serta menggunakan syarat-syarat yang terdapat pada definisi. Adapun mahasiswa dengan kemampuan matematika sedang masuk dalam level 2, terlihat dari kemampuan mahasiswa dalam mengonstruksi anggota ruang sampel dengan menggunakan pola dan notasi namun tidak dilanjutkan dengan penentuan distribusi peluang gabungannya. Sedangkan mahasiswa dengan kemampuan matematika rendah masuk dalam level 1, hal ini terlihat dari kemampuan mahasiswa dalam mengonstruksi anggota ruang sampel tanpa menggunakan pola atau notasi tertentu. Pada level ini, subjek menentukan anggota ruang sampel dengan cara mendaftar.