Peningkatan kemampuan pemahaman dan disposisi matematis siswa dalam pembelajaran matematika sangat penting seperti yang dituangkan dalam kurikulum KTSP (2006) dan dipertegas dalam kurikulum Implementasi 2013. Penggunaan model pembelajaran tipe Numbered Head Together diharapkan dapat mencapai tujuan tersebut. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui peningkatan kemampuan pemahaman dan disposisi matematis siswa yang diajarkan dengan model pembelajaran kooperatif tipe Numbered Head Together, mengetahui ada tidaknya korelasi antara peningkatan kemampuan pemahaman dan disposisi matematis siswa yang diajarkan dengan pembelajaran model kooperatif tipe Numbered Head Together. Penelitian ini merupakan penelitian kuantitatif dengan pendekatan eksperimen semu, populasi siswa kelas X MIA SMA Negeri 1 Sakti, Kabupaten Pidie, sampel dipilih ecara acak sebanyak dua kelas yaitu: kelas X MIA1 sebagai kelas ekspetimen dan kelas X MIA2 sebagai kelas kontrol. Data yang dikumpulkan dengan menggunakan instrumen tes kemampuan pemahaman dan angket diposisi matematis. Data dianalisis dengan menggunakan uji t dan uji anava satu arah. Setelah data diolah dan dianalisis diperoleh kesimpulan yaitu: (1) Peningkatan kemampuan pemahaman yang diajarkan dengan menggunakan pembelajaran model kooperatif tipe Numbered Head Together lebih baik dari yang diajarkan dengan pembelajaran konvensional, (2) peningkatan disposisi matematis siswa yang diajarkan dengan menggunakan pembelajaran model kooperatif tipe Numbered Head Together lebih baik dari siswa yang diajarkan dengan pembelajan konvensional, (3) Terdapat korelasi positif antara peningkatan kemampuan pemahaman matematis siswa dengan peningkatan disposisi matematis siswa. Kata kunci: Kemampuan pemahaman matematis, disposisi matematis model kooperatif, tipe Numbered Head Together.