Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh model pembelajaran kooperatif Group Investigation (GI) terhadap keterampilan proses sains dan mengetahui pengaruh model pembelajaran kooperatif Group Investigation (GI) terhadap hasil belajar biologi siswa kelas X SMA Negeri 4 Surakarta tahun pelajaran 2011/2012. Penelitian ini termasuk dalam eksperimen semu dengan pendekatan kuantitatif. Desain penelitian adalah posttest only control-group dengan menggunakan kelas eksperimen (penerapan model pembelajaran kooperatif GI) dan kelas kontrol (pembelajaran konvensional). Populasi penelitian adalah seluruh siswa kelas X SMA Negeri 4 Surakarta tahun pelajaran 2011/2012. Teknik pengambilan sampel dengan cluster random sampling, sehingga diperoleh kelas XB sebagai kelompok eksperimen dan XA sebagai kelompok kontrol. Teknik pengumpulan data menggunakan tes, lembar observasi, dan dokumen sekolah. Uji hipotesis menggunakan uji-t. Hasil penelitian ini menyimpulkan bahwa model pembelajaran kooperatif Group Investigation (GI) berpengaruh signifikan terhadap keterampilan proses sains dan model pembelajaran kooperatif Group Investigation (GI) berpengaruh terhadap hasil belajar biologi ranah kognitif, psikomotor, dan afektif siswa kelas X SMA Negeri 4 Surakarta tahun pelajaran 2011/2012.