Pengembangan keterampilan proses sains (KPS) merupakan salah satu tuntutan penting dalam pembelajaran abad ke-21, khususnya pada pembelajaran biologi yang menekankan kemampuan peserta didik dalam mengidentifikasi, menganalisis, dan memecahkan permasalahan lingkungan secara ilmiah. Namun, implementasi pembelajaran di sekolah masih cenderung berorientasi pada penguasaan konsep sehingga pengembangan KPS belum optimal. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh model Problem Based Learning (PBL) dengan pendekatan deep learning terhadap keterampilan proses sains peserta didik pada materi perubahan lingkungan. Penelitian menggunakan metode kuasi eksperimen dengan desain pretest–posttest non-equivalent control group design. Sampel penelitian terdiri atas dua kelas X SMA Negeri 8 Surakarta Tahun Ajaran 2025/2026 yang dipilih menggunakan teknik cluster random sampling, yaitu satu kelas eksperimen yang memperoleh pembelajaran PBL dengan pendekatan deep learning dan satu kelas kontrol yang memperoleh pembelajaran PBL. Instrumen penelitian berupa tes uraian yang disusun berdasarkan indikator keterampilan proses sains menurut Rustaman (2005) dan telah memenuhi kriteria validitas serta reliabilitas. Data dianalisis menggunakan uji prasyarat yang meliputi uji normalitas, homogenitas, linearitas, dan homogenitas kemiringan regresi, kemudian dilanjutkan dengan uji Analysis of Covariance (ANCOVA) menggunakan skor pretest sebagai kovariat. Hasil penelitian menunjukkan bahwa terdapat pengaruh yang signifikan penerapan model Problem Based Learning dengan pendekatan deep learning terhadap keterampilan proses sains peserta didik setelah mengontrol kemampuan awal. Peserta didik pada kelas eksperimen memperoleh rerata keterampilan proses sains yang lebih tinggi dibandingkan kelas kontrol. Temuan ini menunjukkan bahwa integrasi pendekatan deep learning dalam model PBL efektif dalam meningkatkan keterampilan proses sains pada materi perubahan lingkungan.