Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh model pembelajaran Investigation Through Cooperative Problem Solving (ITCPS) terhadap kemampuan metakognitif siswa pada materi sistem koloid kelas XI MIPA SMA Negeri 5 Surakarta. Penelitian ini dirancang menggunakan penelitian eksperimen semu dan teknik pengambilan sampel berbentuk cluster random sampling. Metode pengumpulan data berbentuk tes dan nontes. Hasil penelitian yang diperoleh yaitu terdapat perbedaan signifikan kemampuan metakognitif siswa pada kelas eksperimen menggunakan model pembelajaran Investigation Through Cooperative Problem Solving (ITCPS) dengan kelas kontrol menggunakan model pembelajaran konvensional. Hal ini dibuktikan dengan hasil uji independent sample t-test sebesar 0,00 artinya H0 ditolak. Kemudian, capaian rata-rata hasil kemampuan metakognitif siswa setelah diberi perlakuan pada kelas eksperimen sebesar 88,78% lebih tinggi daripada kelas kontrol sebesar 69,29%. Selanjutnya, hasil N-gain score pada kelas eksperimen sebesar 0,81 dengan klasifikasi tinggi dan kelas kontrol sebesar 0,54 dengan klasifikasi sedang. Selain itu, hasil angket kemampuan metakognitif setelah diberi perlakuan membuktikan bahwa klasifikasi metakognitif terbanyak pada kelas eksperimen yakni metakognitif berkembang baik sebanyak 57,58%, sedangkan pada kelas kontrol yakni metakognitif cukup berkembang sebanyak 73,53%. Oleh karena itu, dapat diperoleh kesimpulan bahwa terdapat pengaruh model pembelajaran Investigation Through Cooperative Problem Solving (ITCPS) terhadap kemampuan metakognitif siswa pada materi sistem koloid kelas XI MIPA SMA Negeri 5 Surakarta.