Keterampilan berpikir kritis merupakan indikator utama dalam meningkatkan kualitas belajar. Keterampilan berpikir kritis juga berperan penting untuk mempersiapkan peserta didik dalam membangun masyarakat. Tujuan penelitian ini untuk menganalisis perbedaan keterampilan berpikir kritis dan respon peserta didik setelah mengikuti pembelajaran dengan model pembelajaran yang berbeda yaitu model pembelajaran Scientific Critical Thinking berbasis STEAM pada kelas eksperimen dan model pembelajaran Problem Based Learning pada kelas control dengan materi struktur atom. Penelitian ini menggunakan metode quasi experimental design tipe nonequivalent control grup design. Sampel penelitian ini adalah peserta didik SMAN 10 Banjarmasin kelas XA sebagai kelas eksperimen dan kelas XB sebagai kelas kontrol. Penhumpulan data menggunakan teknik tes dan non-tes. Teknik analisis data menggunakan analisis deskriptif dan inferensial. Hasil penelitian menunjukkan bahwa terdapat perbedaan keterampilan berpikir kritis yang signifikan antara kelas eksperimen dan kelas kontrol. Kelas eksperimen dengan rata-rata nilai N-Gain sebesar 0,74 dan kelas kontrol sebesar 0,64. Respon peserta didik pada model model pembelajaran Scientific Critical Thinking berbasis STEAM dan model pembelajaran Problem Based Learning adalah positif. Dengan demikian, model pembelajaran yang diterapkan sama-sama dapat melatih keterampilan berpikir kritis peserta didik.