Pembelajaran biologi pada materi sistem pernapasan manusia di SMA masih didominasi metode konvensional dan buku teks, sehingga belum optimal dalam mengembangkan keterampilan berpikir kritis siswa sesuai tuntutan Kurikulum Merdeka dan abad ke-21. Meskipun telah banyak penelitian tentang bahan ajar digital dan Project-Based Learning (PjBL), pengembangan e-modul berbasis PjBL pada materi ini serta pengujian validitas, praktikalitas, dan efektivitasnya secara komprehensif masih terbatas. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan mengembangkan e-modul berbasis PjBL pada materi sistem pernapasan manusia dan menganalisis validitas, kepraktisan, serta efektivitasnya dalam meningkatkan keterampilan berpikir kritis siswa kelas XI SMA. Metode penelitian yang digunakan adalah Research and Development (R&D) dengan model pengembangan ADDIE (Analysis Design Development Implementation Evaluation) yang meliputi tahap analisis, desain, pengembangan, implementasi, dan evaluasi. Subjek penelitian adalah siswa kelas XI SMA Negeri 1 Mojolaban. Uji efektivitas menggunakan desain kuasi eksperimen dengan pola pretest–posttest control group. Instrumen penelitian meliputi lembar validasi ahli (ahli materi, media, bahasa, dan perangkat pembelajaran), tes keterampilan berpikir kritis, serta angket respons guru dan siswa. Analisis data dilakukan menggunakan analisis deskriptif kuantitatif untuk validitas dan praktikalitas, serta analisis statistik inferensial berupa uji Independent Samples t-test untuk menguji efektivitas e-modul. Uji prasyarat meliputi uji normalitas dan homogenitas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa e-modul berbasis PjBL yang dikembangkan memiliki tingkat validasi sebesar 85% dan termasuk kategori sangat valid. Hasil uji praktikalitas menunjukkan bahwa e-modul berada pada kategori sangat praktis berdasarkan respons positif guru dan siswa. Uji efektivitas menunjukkan terdapat perbedaan yang signifikan antara kelas eksperimen dan kelas kontrol dengan nilai statistik uji t = 4,011 dan signifikansi p = 0,000 (p < 0,05), serta data memenuhi asumsi normalitas dan homogenitas. Berdasarkan temuan tersebut, e-modul berbasis Project Based Learning pada materi sistem pernapasan manusia dinyatakan valid, praktis, dan efektif dalam meningkatkan keterampilan berpikir kritis siswa. Penelitian ini memberikan kontribusi empiris dalam pengembangan bahan ajar digital inovatif yang berorientasi pada pembelajaran aktif dan mendukung implementasi Kurikulum Merdeka di pembelajaran biologi SMA.