본 연구는 비구조화된 문제에서 학습자의 인지, 메타인지, 동기가 문제해결 과정에 어떠한 영향을 미치는 지 살펴보고자 하였다. 본 연구의 목적을 달성하기 위해 226명의 대학생에게 비구조화된 문제가 제공되었다. 문제를 제공받은 학습자들은 한두에 2시간씩 4주에 걸쳐 문제를 해결하도록 한 후 그들의 인지, 메타인지, 동기를 측정하였고 과제 수행 시 경험한 문제해결과정을 조사하였다. 연구 결과, 첫째, 문제해결 모든 과정에서 인지, 메타인지, 학습동기가 높은 학생들이 낮은 학생들에 비해 유의미한 수준에서 높은 평균값이 보였다. 둘째, 문제해결과정에서 ‘문제표상하기’, ‘정당화 및 평가하기’ 단계에서는 메타인지가, ‘해결안 생성 및 점검하기’ 단계에서는 동기가 영향을 미치는 것으로 나타났다. 마지막으로, 학습자의 인지, 메타인지, 동기의 수준에 따라 문제해결과정에서 각각 다른 하위변인들이 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이러한 결과를 중심으로 비구조화된 문제를 제시하는 교수-학습상황에서 요구되는 교육적 논의와 시사점을 제시하였다.