Salah satu upaya pengelolaan dalam bidang pendidikan yang dapat dilakukan untuk mencetak SDM yang berkualitas yaitu dengan membiasakan membentuk budaya berpikir tingkat tinggi pada siswa dalam proses pembelajarannya. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis perbandingan tingkat keefektifan model discovery learning dan model contextual teaching and learning terhadap kemampuan berpikir tingkat tinggi peserta didik. Metode penelitian ini adalah eksperimen semu (quasi exsperimental). Desain penelitian yang digunakan adalah postest only with Non-Equivalent Control Group Design. Instrumen pengumpulan data menggunakan tes tertulis berbentuk essay. Analisis data yang digunakan yakni uji t-test. Hasil penelitian pada kelas yang menerapkan model discovery learning menunjukkan bahwa kemampuan berpikir tingkat tinggi sebelum perlakuan menunjukkan rata-rata nilai sebesar 28,17 dan setelah perlakuan menunjukkan rata-rata nilai sebesar 84,34. Hal ini menujukkan bahwa adanya perbedaan antara kemampuan berpikir tingkat tinggi sebelum dan sesudah perlakuan atau dapat dikatakan bahwa ada peningkatan kemampuan berpikir tingkat tinggi setelah diterapkan model discovery learning. Pada kelas yang menerapkan model contextual teaching and learning menunjukkan adanya perbedaan kemampuan berpikir tingkat tinggi pada saat sebelum perlakuan yang menunjukkan rata-rata nilai sebesar 22,06 dan setelah perlakuan menunjukkan rata-rata nilai sebesar 73,35 sehingga dapat dikatakan bahwa ada peningkatan kemampuan berpikir tingkat tinggi setelah diterapkan model contextual teaching and learning. Berdasarkan kedua fakta tersebut dapat disimpulkan bahwa kedua model pembelajaran ini efektif.