Penelitian ini bertujuan untuk menjelaskan peningkatan keterampilan proses sains siswa kelas XI MIPA 2 SMAN 2 Karanganyar dengan menerapkan model CLIS. Penelitian ini merupakan Penelitian Tindakan Kelas (PTK) dengan model Kemmis dan Mc. Taggart yang dilaksanakan dalam dua siklus. Subjek penelitian adalah siswa kelas XI MIPA 2 SMAN 2 Karanganyar tahun ajaran 2016/2017 yang berjumlah 38 siswa. Teknik pengumpulan data adalah teknik non tes yang meliputi observasi, wawancara dan kajian dokumen, serta dianalisis menggunakan teknik analisa kuantitatif dan kualitatif. Berdasarkan hasil analisis data, disimpulkan bahwa penerapan model CLIS dapat meningkatkan keterampilan proses sains siswa kelas XI MIPA 2 SMAN 2 Karanganyar. Peningkatan tersebut diketahui dari hasil observasi keterampilan proses sains siswa serta didukung wawancara dan kajian dokumen. Pada tahap Siklus I, ketujuh aspek keterampilan proses sains telah mengalami peningkatan meskipun belum mencapai target. Kemudian, pada refleksi Siklus I direncanakan beberapa perbaikan dalam pembelajaran Siklus II, seperti mengontrol waktu pembelajaran, memberikan apersepsi berupa demonstrasi langsung, memberikan pertanyaan yang mengarahkan siswa dalam menyusun hipotesis, mewajibkan siswa menuliskan kesimpulan kelompok dalam buku catatan, dan memotivasi siswa untuk lebih percaya diri dalam melakukan presentasi, berpendapat dan bertanya.  Setelah dilanjutkan pembelajaran Siklus II, didapatkan hasil bahwa seluruh aspek keterampilan proses sains siswa telah mencapai target.