Penelitian ini bertujuan mengetahui pengaruh penerapan lesson study terhadap kompetensi profesional, keterampilan proses sains dan sikap ilmiah siswa. Penelitian dilaksanakan pada bulan Maret 2015 sampai Februari 2016. Metode penelitian merupakan penelitian pengembangan melalui penerapan lesson study. Jenis penelitian merupakan Pre-Experimental Design dengan One-Shot Case Study. Subjek penelitian adalah guru Biologi di SMA Negeri 2 dan MAN 2 Banda Aceh serta siswa kelas XI sebanyak 33 siswa (SMA Negeri 2) dan 29 siswa (MAN 2) Banda Aceh. Instrumen data berupa lembar observasi dan angket. Data dianalisis dengan rumus korelasi pearson, korelasi ganda, Uji-t dan Uji-F. Hasil uji-t menunjukkan: (1) penerapan lesson study berpengaruh terhadap profesionalisme guru, thitung 249,75 > ttabel 12,70, (2) penerapan lesson study terhadap pelaksanaan praktikum berkategori sangat baik (89%) di SMA 2 dan (82%) di MAN 2, (3) penerapan lesson study berpengaruh terhadap keterampilan proses sains, thitung 23,25 > ttabel 2,05 (MAN 2), dan thitung 17,77 > ttabel 2,03 (berpengaruh siginifikan) (SMA 2), (4) penerapan lesson study berpengaruh terhadap sikap ilmiah siswa, thitung 74,02 > ttabel 2,05 (MAN 2), dan thitung 65,82 > ttabel 2,03 (berpengaruh signifikan) (SMA 2), dan (5) penerapan lesson study berpengaruh terhadap keterampilan proses sains dan sikap ilmiah siswa, Fhitung 3,98 > Ftabel 3,37 (MAN 2), dan Fhitung 12,05 > Ftabel 3,32 (berpengaruh signifikan) (SMA 2). Kesimpulan dari penelitian adalah (1) terdapat pengaruh positif dari penerapan lesson study terhadap keterampilan proses sains dan sikap ilmiah siswa, dan (2) penerapan lesson study pada kegiatan praktikum pada kategori sangat baik di SMA 2 dan MA 2 Banda Aceh