Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui: 1) pengembangan modul berorientasi Problem Based Learning (PBL) pada materi pencemaran untuk meningkatkan hasil belajar siswa SMA Negeri 1 Karanganyar, 2) kelayakan modul berorientasi PBL pada materi pencemaran untuk meningkatkan hasil belajar siswa SMA Negeri 1 Karanganyar, 3) keefektifan modul berorientasi PBL pada materi pencemaran untuk meningkatkan hasil belajar siswa SMA Negeri 1 Karanganyar. Penelitian ini menggunakan metode Research And Development (R & D) mengacu pada model Borg &Gall. Sampel pengembangan meliputi sampel uji coba lapangan awal sejumlah 4 validator, sampel uji coba lapangan utama sejumlah 10 siswa dan sampel uji coba lapangan operasional sejumlah 33 siswa. Instrumen yang digunakan adalah angket, observasi, wawancara, dan tes. Uji coba lapangan operasional menggunakan one group pretest-posttest design. Data hasil belajar dengan sampel paired t-test dan dihitung dengan gain ternormalisasi. Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan sebagai berikut: 1) modul berorientasi PBL pada materi pencemaran untuk meningkatkan hasil belajar siswa merujuk pada Borg & Gall yang dimodifikasi menjadi sembilan tahapan yaitu penelitian dan pengumpulan informasi, perencanaan, desain produk awal, uji coba awal, revisi terhadap produk awal, uji coba lapangan terbatas, revisi produk, uji lapangan operasional, dan revisi produk akhir, 2) Kelayakan modul berorientasi PBL pada materi pencemaran berdasarkan penilaian dari ahli, praktisi, dan respon siswa yang secara keseluruhan memberikan kategori sangat baik pada produk pengembangan dan layak digunakan di SMA Negeri 1 Karanganyar, 3) Pengembangan modul berorientasi PBL pada materi pencemaran efektif meningkatkan hasil belajar siswa ditunjukkan dengan adanya perbedaan hasil belajar siswa sebelum dan setelah diterapkan modul.
Kata kunci : Modul, Problem Based Learning, dan Hasil Belajar.