Penelitian ini dilatar belakangi oleh rendahnya sikap ilmiah, keterampilan berpikir kritis, dan keterampilan proses sains pada mata pelajaran fisika siswa SMA kelas XI IPA. Tujuan dari penelitian ini ialah untuk menganalisis penerapan model pembelajaran Problem Based Learning dalam meningkatkan sikap ilmiah, keterampilan berpikir kritis, dan keterampilan proses sains pada mata pelajaran fisika siswa SMA kelas XI IPA. Jenis penelitian yang digunakan ialah penelitian tindakan kelas yang terdiri dari tiga siklus pembelajaran dengan tahapan perencanaan, tindakan, observasi, dan refleksi. Subjek penelitian ini ialah 15 siswa dalam satu kelas. Intrumen yang digunakan ialah rubrik penilitian untuk mengukur sikap ilmiah, keterampilan berpikir kritis, dan keterampilan proses sains. Hasil penelitian menunjukkan peningkatan rata-rata sikap ilmiah pada siklus satu yaitu 55,42, pada siklus dua yaitu 69,17, dan pada siklus tiga yaitu 83,75. Peningkatan rata-rata nilai keterampilan berpikir kritis pada siklus satu yaitu 49,44, pada siklus dua yaitu 66,11, pada siklus tiga yaitu 83,33. Peningkatan rata-rata nilai keterampilan proses sains pada siklus satu yaitu 51,25, pada siklus dua yaitu 63,75, dan pada siklus tiga yaitu 80,83. Dapat di ambil kesimpulan bahwa model pembelajaran Problem Based Learning dapat meningkatkan sikap ilmiah, keterampilan berpikir kritis, dan keterampilan proses sains pada materi pelajaran fisika siswa SMA kelas XI IPA di Tangerang.