Kemampuan berpikir tingkat tinggi merupakan kegiatan yang melibatkan tingkat kognitif hirarki dari taksonomi bloom. Kemampuan berikir tingkat tinggi juga dapat dimaknai sebagai kemampuan proses berpikir kompleks yang mencangkup mengurai materi, mengkritisi serta menciptakan solusi pada pemecahan masalah. Temuan di lapangan menunjukkan bahwa siswa mengalami kendala dalam kemampuan berpikir tingkat tinggi, hal ini disebabkan karena kurang kompitebelnya dengan penggunaan strategi pembelajaran. Situasi pembelajaran masih Teacher Learning dan Belum Student Center Learning. Keadaan seperti ini menyebabkan kemampuan berpikir tingkat tinggi siswa menjadi rendah. Salah satu solusi untuk meningkatkan kemampuan berpikir tingkat tinggi melalui pembelajaran O2EMQ. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui peningkatan kemampuan berpikir tingkat tinggi siswa melalui pembelajaran O2EMQ. Penelitian ini merupakan suatu kuasi eksperimen dengan desain penelitian pre-test post-test control group design. Populasi adalah seluruh siswa kelas XI SMA Negeri 2 Delima Kab.Pidie. Sampel dalam penelitian ini, kelas XI IPA-1 sebagai kelas eksperimen dan kelas XI IPA-2 sebagai kelas kontrol. Instrumen yang digunakan yaitu melalui pretest dan postest. Pengolahan data dilakukan menggunakan SPSS 16.0. Data dianalisis dengan uji-t berbantuan software statistik pada taraf signifikansi 0,05. Hasil penelitian menunjukkan pembelajaran dengan metode O2EMQ dapat meningkatkan kemampuan berpikir tingkat tinggi siswa ini terbukti dengan hasil uji perbedaan rata-rata N-Gain sebesar Sig.(1-tailed) = 0,0115 < a=0.05