Tujuan dalam penelitian ini adalah untuk mengetahui: (1) kemampuan pemahaman matematis pada siswa sebelum diberikan model pembelajaran kooperatif tipe two stay two stray; (2) kemampuan pemahaman matematis pada siswa setelah diberikan model pembelajaran kooperatif tipe two stay two stray; (3) kemampuan pemahaman matematis siswa pada masing-masing indikator setelah diberikan model pembelajaran kooperatif tipe two stay two stay. (4) Peningkatan yang signifikan kemampuan pemahaman matematis siswa setelah diberikan model pembelajaran kooperatif tipe two stay two stray. Jenis Penelitian ini adalah penelitian eksperimen dan bentuk yang digunakan adalah pre-eksperimental design dengan rancangan penelitian one group pretest-posttest design. Penelitian ini terdiri dari 2 kali pertemuan. Pertemuan pertama pretest pada jam pertama dan pada jam kedua diberikan perlakuan dengan menggunakan model pembelajaran kooperatif tipe two stay two stray pada materi relasi dan fungsi, pertemuan kedua perlakuan dengan menggunakan model pembelajaran kooperatif tipe two stay two stray pada materi relasi dan fungsi dan setelah itu postest. Populasi dalam penelitian ini adalah siswa kelas X SMA Negeri 1 Mempawah Hulu tahun pelajaran 2018/2019 sebanyak empat kelas yaitu X MIA.A, X MIA.B, X IIS A, X IIS.B, dan Pengambilan sampel dilakukan dengan menggunakan cluster random sampling untuk memilih kelas eksperimen yaitu kelas X MIA, A yang terdiri dari 40 siswa. Teknik analisis data dalam penelitian menggunakan statistik deskriptif. Instrumen yang digunakan dalam penelitian ini adalah pretest (tes awal) dan posttest (tes akhir). Instrumen tersebut dilakukan validasi dan uji coba terlebih dahulu dan menggunakan 5 soal yang dinyatakan valid. Hasil penelitian ini: (1) kemampuan pemahaman matematis siswa sebelum diberikan model pembelajaran kooperatif tipe two stay two stray dalam materi relasi dan fungsi pada siswa kelas X SMA Negeri 1 Mempawah Hulu berdasarkan kriteria nilai yang telah ditentukan tergolong kurang, dengan rata-rata nilai sebesar 43,71; 2) kemampuan pemahaman matematis siswa setelah diberikan model pembelajaran kooperatif tipe two stay two stray dalam materi relasi dan fungsi pada siswa kelas X SMA Negeri 1 Mempawah Hulu berdasarkan kriteria nilai yang telah ditentukan tergolong baik, dengan rata-rata nilai sebesar 73,46; (3) Kemampuan pemahaman matematis siswa pada masing-masing indikator setelah diberikan model pembelajaran kooperatif tipe two stay two stray dalam materi relasi dan fungsi pada siswa kelas X SMA Negeri 1 Mempawah Hulu berdasrkan kriteria nilai yang telah ditentukan tergolong baik dengan nilai Translasi 92,17 Interprestasi 72,82 dan Ekstrapolasi 77,77 (4) terdapat peningkatan yang signifikan kemampuan pemahaman matematis siswa setelah diberikan model pembelajaran kooperatif tipe two stay two stray dalam materi relasi dan fungsi pada siswa kelas X SMA Negeri 1 Mempawah Hulu.