Penelitian ini bertujuan mengkaji dan mendeskripsikan penerapan model problem based learning terhadap keterampilan literasi sains dan berpikir kritis pada pembelajaran kimia. Metode penelitian ini adalah literatur review, yaitu dengan cara menelusuri sumber-sumber tulisan yang pernah dipublikasikan sebelumnya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa tahap ketiga dari model PBL memiliki hasil capaian tertinggi dalam meningkatkan aktivitas siswa dengan skor 3,01. Sedangkan tahap keempat memperoleh hasil capaian terendah dalam meningkatkan aktivitas siswa dengan skor 2,53. Peningkatan aktivitas siswa berdampak pada tinggi rendahnya rata-rata persentase keterampilan literasi sains dan berpikir kritis siswa. Kompetensi kedua dan pengetahuan konten dari keterampilan literasi sains memperoleh rata-rata N-gain dan persentase nilai tertinggi, yaitu 0,60 dengan kategori sedang dan 70,8%. Indikator memberikan penjelasan dasar dari keterampilan berpikir kritis memperoleh rata-rata persentase tertinggi, yaitu 89,58%. Kompetensi ketiga dari keterampilan literasi sains memperoleh rata-rata N-gain terendah, yaitu 0,39 dengan kategori sedang. Indikator inferensi dari  keterampilan berpikir kritis memperoleh rata-rata persentase terendah, yaitu 75,56%. Penerapan model PBL dapat diintegrasikan dengan pendekatan lain, seperti STEM, SSI, etnosains, dan prinsip green chemistry. Model Problem Based Learning juga dapat diimplementasikan dalam LKPD elektronik dan teknologi AR. Pelaksanaan pembelajaran bermodel PBL dapat dilakukan secara daring menggunakan aplikasi Zoom dan Google Classroom. Materi yang paling banyak digunakan dalam penelitian ini adalah materi asam basa, larutan penyangga, dan sistem koloid. Kesimpulan dari penelitian ini adalah penerapan model Problem Based Learning berpengaruh positif terhadap peningkatan keterampilan literasi sains dan berpikir kritis siswa.