Tujuan penelitian dan pengembangan ini bertujuan untuk mengetahui: 1) prosedur pengembangan modul pembelajaran biologi berbasis Brain Based Learning disertai Vee Diagram; 2) kelayakan modul pembelajaran biologi berbasis Brain Based Learning disertai Vee Diagram; dan 3) efektivitas modul pembelajaran biologi berbasis Brain Based Learning disertai Vee Diagram untuk meningkatkan hasil belajar ranah kognitif. Penelitian ini menggunakan metode Research and Development (R&D) yang mengacu pada modifikasi pengembangan model Borg & Gall. Sampel pengembangan meliputi sampel uji coba lapangan awal sejumlah 6 validator, sampel uji coba lapangan utama sejumlah 10 siswa Kelas X Semester Genap di SMA Negeri 1 Ngemplak Tahun Pelajaran 2013/2014 dan sampel uji coba lapangan operasional sejumlah 27 siswa Kelas X Semester Genap di SMA Negeri 1 Banyudono Tahun Pelajaran 2013/2014. Instrumen yang digunakan adalah angket, observasi, wawancara dan tes. Uji coba lapangan operasional menggunakan one group pretest-posttes design. Data hasil belajar ranah kognitif diuji dengan uji Paired T-test dan dihitung dengan gain ternormalisasi. Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa: 1) pengembangan modul pembelajaran biologi berbasis Brain Based Learning disertai Vee Diagram menggunakan modifikasi model pengembangan Borg & Gall; 2) kelayakan modul berbasis Brain Based Learning disertai Vee Diagram yang dikembangkan pada uji coba ahli menunjukkan kategori baik dengan nilai 3,45, oleh praktisi menunjukkan kategori sangat baik dengan nilai 3,79 dan oleh siswa menunjukkan kategori sangat baik dengan nilai 3,63  dan 3) pengembangan modul pembelajaran biologi berbasis Brain Based Learning disertai Vee Diagram terbukti efektif dalam meningkatkan hasil belajar ranah kognitif dengan perolehan  Ngain 0,64 dengan signifikansi 0,000.