Kemampuan berpikir kritis dan kemandirian belajar menjadi dua kompetensi penting yang perlu dimiliki peserta didik dalam menghadapi tuntutan pembelajaran abad ke-21. Namun, pengembangan kedua kompentesi tersebut pada peserta didik di Indonesia masih belum optimal. Penelitian ini bertujuan untuk: (1) menganalisis pengaruh model Discovery Learning berbantu ChatGPT terhadap kemampuan berpikir kritis dan kemandirian belajar siswa kelas XI secara simultan pada materi sistem koordinasi; (2) menganalisis pengaruh model Discovery Learning berbantu ChatGPT terhadap kemampuan berpikir kritis siswa kelas XI pada materi sistem koordinasi; dan (3) menganalisis pengaruh model Discovery Learning berbantu ChatGPT terhadap kemandirian belajar siswa kelas XI pada materi sistem koordinasi. Penelitian ini menggunakan pendekatan kuantitatif dengan metode quasi experiment dan desain posttest-only control group. Populasi penelitian mencakup seluruh peserta didik kelas XI SMA Negeri 1 Surakarta Tahun Ajaran 2025/2026. Sampel dipilih menggunakan teknik cluster random sampling dan terdiri atas kelas XI-1 sebagai kelompok eksperimen serta kelas XI-2 sebagai kelompok kontrol. Pengumpulan data dilakukan menggunakan tes uraian kemampuan berpikir kritis yang disusun berdasarkan indikator Facione dan angket kemandirian belajar yang mengacu pada konsep self-regulated learning. Analisis data dilakukan melalui Multivariate Analysis of Variance (MANOVA) dan uji Independent Sample t-Test. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penerapan model Discovery Learning berbantu ChatGPT sebagai asisten virtual berpengaruh secara simultan terhadap kemampuan berpikir kritis dan kemandirian belajar (Sig. = 0,000). Secara parsial, model tersebut memberikan pengaruh positif terhadap kemampuan berpikir kritis (Sig. = 0,000), namun memberikan pengaruh negatif terhadap kemandirian belajar (Sig. = 0,037). Dengan demikian, penerapan model Discovery Learning berbantu ChatGPT sebagai asisten virtual mampu meningkatkan kemampuan berpikir kritis, tetapi menghasilkan capaian kemandirian belajar yang lebih rendah dibandingkan penerapan model Discovery Learning tanpa bantuan ChatGPT pada materi sistem koordinasi.