Pendidikan abad ke-21 menekankan penguasaan keterampilan berpikir kritis sebagai salah satu kompetensi yang diperlukan untuk menghadapi berbagai tantangan global. Namun, keterampilan berpikir kritis dan literasi lingkungan siswa masih belum berkembang secara optimal. Oleh karena itu, diperlukan penerapan model pembelajaran yang mampu mengembangkan keterampilan berpikir kritis dan literasi lingkungan siswa. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis perbedaan keterampilan berpikir kritis dan literasi lingkungan siswa menggunakan model MAS BOWO dan PBL pada materi perubahan lingkungan. Penelitian ini menggunakan metode kuasi eksperimen dengan desain nonequivalent control group design. Sampel penelitian terdiri atas dua kelas X SMA Negeri 1 Sukoharjo tahun ajaran 2025/2026 yang dipilih menggunakan teknik cluster random sampling. Kelas eksperimen I menerapkan model MAS BOWO dan kelas eksperimen II menerapkan model PBL. Data dianalisis menggunakan uji MANCOVA melalui software SPSS versi 25. Hasil uji multivariat menunjukkan terdapat perbedaan signifikan secara simultan antara keterampilan berpikir kritis dan literasi lingkungan siswa pada kedua model pembelajaran (p = 0,025) dengan ukuran effect size 0,104 yang termasuk kategori besar. Hasil uji univariat menunjukkan tidak terdapat perbedaan signifikan pada keterampilan berpikir kritis siswa (p = 0,710), tetapi terdapat perbedaan signifikan pada literasi lingkungan siswa (p = 0,007) dengan ukuran effect size 0,104 yang termasuk kategori besar. Model MAS BOWO dan PBL berpotensi yang relatif setara dalam mengembangkan keterampilan berpikir kritis, namun terdapat perbedaan pada literasi lingkungan siswa.