Gottfried Kirch poskytl své ženě další výuku astronomie, stejně jako své sestře a mnoha dalším studentům. Ženy nesměly v Německu navštěvovat univerzity, ale astronomická práce a pozorování oblohy se z velké části odehrávaly mimo univerzity. Kirchová se tak stala jednou z mála žen působících v astronomii v roce 1700. Stala se všeobecně známou jako Kirchin, což je ženská verze rodinného jména. Ve Svaté říši římské nebylo neslýchané, aby v astronomii působila žena. V 17. století byly aktivními astronomkami Marie Cunitzová, Alžběta Heveliová a Marie Klára Eimmartová.
Fridrich III. zavedl ediktem monopol na kalendáře v Braniborsku a později v Prusku a uvalil na ně kalendářní daň. Z výnosů tohoto monopolu měli být placeni astronomové a členové berlínské Akademie věd, kterou Fridrich III. založil v červenci 1700. Fridrich III. dále vybudoval hvězdárnu, která byla slavnostně otevřena v lednu 1711. Gottfried Kirch připravil za asistence své manželky první kalendář z řady s názvem Chur-Brandenburgischer Verbesserter Calender Auff das Jahr Christi 1701, který se stal velmi populárním.
Maria a Gottfried pracovali společně jako tým. Typickým cechovním způsobem postoupila z pozice Arnoldova učedníka a stala se asistentkou svého manžela. Její manžel vystudoval astronomii na univerzitě v Jeně a působil jako učeň Johannese Hevelia. Na akademii pracovala jako jeho neoficiální, ale uznávaná asistentka. Postavení žen ve vědě se podobalo jejich postavení v ceších, bylo ceněné, ale podřízené. Společně prováděly pozorování a výpočty při tvorbě kalendářů a efemerid.
Od roku 1697 začali Kirchové zaznamenávat také informace o počasí. Jejich údaje se používaly k výrobě kalendářů a almanachů a byly také velmi užitečné v navigaci. Prodej jejich kalendářů zajišťovala Akademie věd v Berlíně.
Během prvního desetiletí svého působení na akademii Kirchová jako asistentka svého manžela pozorovala oblohu, a to každý večer od 21:00. Při takovém rutinním pozorování objevila kometu. Dne 21. dubna 1702 objevila Kirchová tzv. kometu z roku 1702 (C/1702 H1). Dnes již není pochyb o Kirchově prioritě při objevu C/1702 H1. Ve svých poznámkách z této noci její manžel zaznamenal:
„Brzy ráno (asi ve 2:00) byla obloha jasná a hvězdná. Několik nocí předtím jsem pozoroval proměnnou hvězdu a moje žena (když jsem spal) ji chtěla najít a vidět na vlastní oči. Přitom na obloze objevila kometu. V tu chvíli mě vzbudila a já jsem zjistil, že je to skutečně kometa… Byl jsem překvapen, že jsem ji předešlé noci neviděl.“
V té době jediný německý vědecký časopis Acta Eruditorum vycházel v latině. Všechny Kirchové následné publikace, které vydala vlastním jménem, byly v němčině. V té době neměl její manžel na akademii samostatnou katedru a Kirchovi pracovali na společných problémech jako tým. Manželé pozorovali oblohu společně: on pozoroval sever a ona jih, přičemž prováděli pozorování, která by jeden člověk nemohl provést přesně.
Kirchová pokračovala ve své astronomické práci, publikovala v němčině pod svým jménem a s patřičným uznáním. Její publikace, mezi něž patřila pozorování polární záře (1707), brožura Von der Conjunction der Sonne des Saturni und der Venus o konjunkci Slunce se Saturnem a Venuší (1709) a blížící se konjunkci Jupitera a Saturna v roce 1712, se staly jejím trvalým přínosem astronomii. Před Kirchovou byla jedinou astronomkou ve Svaté říši římské, která publikovala pod svým jménem, Maria Cunitzová. Rodinný přítel a viceprezident berlínské Akademie věd Alphonse des Vignoles v Kirchově pohřební řeči řekl: „
V roce 1709 ji prezident berlínské akademie věd Gottfried von Leibniz představil pruskému dvoru, kde Kirchová vysvětlovala svá pozorování slunečních skvrn. Řekl o ní následující:
„Existuje velmi vzdělaná žena, která by mohla projít jako rarita. Její zásluhy nespočívají v literatuře nebo rétorice, nýbrž v nejhlubších naukách astronomie … Nevěřím, že tato žena snadno najde sobě rovného ve vědě, v níž vyniká… Je zastánkyní Koperníkovy soustavy (myšlenky, že Slunce je v klidu) stejně jako všichni vzdělaní astronomové naší doby. A je radost poslouchat, jak tento systém obhajuje prostřednictvím Písma svatého, v němž je rovněž velmi vzdělaná. Pozoruje s nejlepšími pozorovateli a umí báječně zacházet s kvadrantem a dalekohledem.“
Po smrti svého manžela v roce 1710 se Kirchová pokusila převzít jeho místo astronoma a tvůrce kalendáře v Královské akademii věd. Přestože její žádost podpořil prezident akademie Leibniz, výkonná rada akademie její požadavek na formální pozici odmítla s tím, že „to, co jí přiznáváme, by mohlo sloužit jako příklad do budoucna“, tedy že nechtěla jmenováním ženy vytvořit precedens. Kirchová ve své žádosti uvedla své předpoklady pro tuto funkci. Svou žádost formulovala v termínech přijatelných pro tehdejší dobu a tvrdila, že má dobré předpoklady, protože ji její manžel vyučil astronomickým výpočtům a pozorováním. Zdůraznila, že se astronomickou prací zabývala od svého sňatku a na akademii pracovala od manželova jmenování před deseti lety. Ve své žádosti Kirchová uvedla, že „po určitou dobu, kdy byl můj drahý zesnulý manžel slabý a nemocný, jsem připravovala kalendář z jeho výpočtů a vydávala ho pod jeho jménem“. Pro Kirchovou by jmenování na akademii nebylo jen známkou cti, ale mělo zásadní význam pro zajištění příjmu pro ni a její děti. Ve své žádosti uvedla, že jí manžel nezanechal prostředky na živobytí. Ve staré cechovní tradici řemesel by bylo možné, aby Kirchová převzala manželovo místo po jeho smrti, ale nové vědecké instituce se touto tradicí spíše neřídily.
Ačkoli Kirchová vykonávala v akademii významnou práci, neměla univerzitní titul, který v té době měl téměř každý člen akademie. A co víc, její pohlaví působilo proti jejímu jmenování. Tajemník berlínské akademie věd Johann Theodor Jablonski upozornil Leibnize, že „to, aby byla ponechána v oficiální funkci, aby pracovala na kalendáři nebo pokračovala v pozorování, prostě neudělá. Již za života jejího manžela byla akademie zatížena posměchem, protože její kalendář připravovala žena. Kdyby nyní měla být v takové funkci ponechána, ústa by se roztáhla ještě víc“. Leibniz byl jediným členem rady akademie, který její jmenování podporoval a snažil se jí zajistit finanční pomoc.
Kirchová měla pocit, že její žádosti byly zamítnuty kvůli jejímu pohlaví. To do jisté míry podporuje skutečnost, že na místo jejího manžela byl místo ní jmenován Johann Heinrich Hoffmann, který měl málo zkušeností. Hoffmann se brzy dostal do prodlení s prací a neprováděl požadovaná pozorování. Bylo dokonce navrženo, aby se Kirchová stala jeho asistentkou. Kirch napsal: „Nyní procházím těžkou pouští, a protože… vody je málo… chuť je hořká“. Přesto byla na tehdejší dobu výjimečně přijata do Berlínské akademie věd.
V roce 1711 vydala dobře přijatou brožuru Die Vorbereitung zug grossen Opposition, v níž předpověděla novou kometu, a poté brožuru týkající se Jupiteru a Saturnu. V roce 1712 přijala Kirchová patronát Bernharda Friedricha von Krosigka, který byl nadšeným amatérským astronomem, a začala pracovat v jeho hvězdárně. Spolu s manželem pracovala na Krosigkově observatoři již v době, kdy se budovala hvězdárna akademie. Na Krosigkově observatoři dosáhla hodnosti mistra astronomie.
Po smrti barona von Krosigka v roce 1714 se Kirchová na krátkou dobu přestěhovala do Gdaňska, kde asistovala profesorovi matematiky, a poté se vrátila zpět. V roce 1716 dostala Kirchová se svým synem, který právě dokončil univerzitu, nabídku pracovat jako astronomové pro ruského cara Petra Velikého, ale raději zůstala v Berlíně, kde pokračovala ve výpočtech kalendářů pro lokality jako Norimberk, Drážďany, Breslau a Uhry.
Vychovala svého syna Christfrieda Kircha a dcery Christine Kirchovou a Margarethu Kirchovou, aby působili jako její pomocníci v rodinné astronomické práci a pokračovali ve výrobě kalendářů a almanachů i v provádění pozorování. V roce 1716 byli její syn Christfried a Johann Wilhelm Wagner po Hoffmannově smrti jmenováni pozorovateli na hvězdárně akademie. Kirchová se přestěhovala zpět do Berlína, kde společně s dcerou Christinou působila jako asistentka svého syna. Ta opět pracovala na akademické hvězdárně a počítala kalendáře. Mužští členové akademie si stěžovali, že zaujímá příliš významnou roli a že je „na hvězdárně při návštěvách cizích lidí příliš vidět“. Kirchové bylo nařízeno, aby „ustoupila do pozadí a přenechala mluvení… svému synovi“. Kirchová se odmítla podřídit a akademie ji donutila vzdát se svého domu v areálu hvězdárny.
Kirchová nadále pracovala v soukromí. Kirchová zemřela 29. prosince 1720 v Berlíně na horečku.