Penelitian ini dilatarbelakangi oleh kurangnya kemampuan berpikir kritisyang terjadi di Indonesia, khususnya di SMAN 5 Surakarta. Tujuan penelitian danpengembangan yang dilakukan: 1) mengetahui karakteristik modul berbasisberpikir kritis disertai argument mapping pada materi sistem pernapasan untukmeningkatkan kemampuan berpikir kritis siswa kelas XI SMAN 5 Surakarta, 2)menguji kelayakan modul berbasis berpikir kritis disertai argument mapping padamateri sistem pernapasan untuk meningkatkan kemampuan berpikir kritis siswakelas XI SMAN 5 Surakarta, dan 3) menguji keefektifan modul berbasis berpikirkritis disertai argument mapping pada materi sistem pernapasan dalammeningkatkan kemampuan berpikir kritis siswa kelas XI SMAN 5 Surakarta.Penelitian dan pengembangan modul ajar menggunakan model prosedurBorg & Gall yang telah dimodifikasi menjadi sembilan tahapan: 1) tahappenelitian dan pengumpulan informasi, 2) tahap perencanaan, 3) tahappengembangan desain, 4) tahap validasi desain, 5) tahap revisi produk pertama, 6)tahap ujilapangan terbatas, 7) tahap revisi produk kedua, 8) tahap uji lapanganoperasional yang menggunakan desain penelitian kuasi eksperimen, dan 9) tahaprevisi produk akhir setelah dilakukan uji lapangan. Analisis data yang digunakanselama penelitian dan pengembangan adalah analisis deskriptif, teknik persentase,dan uji Mann-Whitney U Test.Hasil penelitian dan pengembangan menunjukkan: 1) produk modulberbasis berpikir kritis disertai argument mapping dikembangkan berdasarkanaspek berpikir kritis menurut Facione (2011) yang divisualisasikan pada aspektujuan, materi, kegiatan, dan soal evaluasi. 2) Kelayakan modul berbasis berpikirkritis disertai argument mapping pada modul siswa dinyatakan berkualifikasi baikdan modul guru berkualifikasi sangat baik. 3) Modul berbasis berpikir kritisdisertai argument mapping efektif meningkatkan kemampuan berpikir kritis,karena berdasarkan hasil uji Mann-Whitney U Test menunjukkan adanyaperbedaan hasil postes antara kelas yang menggunakan modul berbasis berpikirkritis disertai argument mapping dengan kelas yang menggunakan modul sekolahdiperoleh sig 0,00 < 0,05.Kata kunci: Modul ajar, kemampuan berpikir kritis, argument mapping, sistempernapasan.