В условиях цифровизации образования и активного внедрения технологий искусственного интеллекта актуализируется проблема развития критического мышления будущих учителей математики, необходимого для анализа учебных ситуаций, аргументации решений и рефлексивной педагогической деятельности. Цель исследования заключается в теоретическом обосновании и экспериментальной проверке возможностей использования ИИ-симуляторов, интегрированных с VR-технологиями, как инструмента развития критического мышления будущих учителей математики в процессе обучения профильной геометрии. Методы исследования включали анализ научных источников, педагогический квазиэксперимент с контрольной и экспериментальной группами, диагностические методики оценки компонентов критического мышления, а также количественный и качественный анализ полученных данных. Эксперимент был реализован по схеме pretest–posttest с применением ИИ-симулятора в виртуальной реальности, обеспечивающего моделирование пространственных геометрических ситуаций и адаптивную обратную связь. Результаты исследования показали статистически значимую положительную динамику уровней развития критического мышления студентов экспериментальной группы по сравнению с контрольной. Наиболее выраженные изменения зафиксированы по компонентам анализа, аргументации и рефлексии. Ключевые выводы заключаются в том, что интеграция ИИ-симуляторов и VR-технологий в цифровую образовательную среду создаёт эффективные педагогические условия для целенаправленного развития критического мышления будущих учителей математики и повышения качества обучения профильной геометрии.