Penelitian ini dilatarbelakangi oleh rendahnya sustainability literacy peserta didik yang disebabkan oleh pembelajaran yang masih berpusat pada guru serta kurang optimalnya penerapan pendekatan pembelajaran yang kontekstual dan bermakna. Selain itu, tuntutan pembelajaran abad ke-21 mendorong perlunya penerapan model pembelajaran yang mampu meningkatkan sustainability literacy peserta didik. Tujuan penelitian ini adalah untuk menganalisis pengaruh model Problem Based Learning (PBL) dengan pendekatan deep learning terhadap sustainability literacy peserta didik. Penelitian ini menggunakan pendekatan kuantitatif dengan desain quasi experimental design. Sampel penelitian terdiri atas peserta didik kelas IX A sebagai kelas eksperimen yang memperoleh perlakuan berupa penerapan model Problem Based Learning (PBL) dengan pendekatan deep learning sebanyak 31 peserta didik dan kelas IX B sebagai kelas kontrol yang memperoleh perlakuan berupa penerapan model Direct Instruction dengan pendekatan saintifik sebanyak 32 peserta didik. Teknik pengumpulan data menggunakan four-tier diagnostic test, lembar observasi, dan angket sustainability literacy. Analisis data meliputi uji normalitas Kolmogorov-Smirnov, uji homogenitas Levene, uji Independent Sample t-test, dan uji N-gain. Hasil penelitian menunjukkan bahwa data pretest dan posttest berdistribusi normal dengan nilai signifikansi > 0,05. Hasil uji hipotesis memperoleh nilai Sig. (2-tailed) sebesar 0,000 < 0,05 sehingga menunjukkan adanya pengaruh signifikan penerapan model PBL dengan pendekatan deep learning terhadap sustainability literacy peserta didik. Peningkatan sustainability literacy pada kelas eksperimen lebih tinggi dibandingkan kelas kontrol dengan rata-rata N-gain sebesar 0,7635 berkategori tinggi, sedangkan kelas kontrol memperoleh rata-rata N-gain sebesar 0,5945 berkategori sedang. Berdasarkan ketiga domain sustainability literacy, domain sustainability relevant values menunjukkan capaian rata-rata tertinggi sebesar 84,68, diikuti sustainability knowledge sebesar 80,06, sedangkan sustainability skills memperoleh rata-rata terendah sebesar 76,61. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa model Problem Based Learning (PBL) dengan pendekatan deep learning berpengaruh signifikan terhadap peningkatan sustainability literacy peserta didik pada materi energi terbarukan.