Gottfried Kirch dał swojej żonie dalsze instrukcje w astronomii, tak jak zrobił to dla swojej siostry i wielu innych studentów. Kobietom nie wolno było uczęszczać na uniwersytety w Niemczech, ale praca astronomiczna i obserwacja nieba odbywała się w dużej mierze poza nimi. W ten sposób Kirch stała się jedną z niewielu kobiet aktywnych w astronomii w latach 1700. Stała się powszechnie znana jako Kirchin, czyli żeńska wersja nazwiska rodowego. W czasach Świętego Cesarstwa Rzymskiego nie było czymś niespotykanym, aby kobieta zajmowała się astronomią. Maria Cunitz, Elisabeth Hevelius i Maria Clara Eimmart były aktywnymi astronomkami w XVII wieku.
Według edyktu Fryderyk III wprowadził monopol na kalendarze w Brandenburgii, a później w Prusach, nakładając podatek kalendarzowy. Dochody z tego monopolu miały być przeznaczone na opłacenie astronomów i członków Berlińskiej Akademii Nauk, którą Fryderyk III założył w lipcu 1700 roku. Fryderyk III wybudował również obserwatorium astronomiczne, którego otwarcie nastąpiło w styczniu 1711 r. Wspomagany przez swoją żonę, Gottfried Kirch przygotował pierwszy kalendarz z serii zatytułowanej Chur-Brandenburgischer Verbesserter Calender Auff das Jahr Christi 1701, który stał się bardzo popularny.
Maria i Gottfried pracowali razem jako zespół. W typowy dla cechu sposób awansowała z pozycji praktykantki Arnolda, aby stać się asystentką swojego męża. Jej mąż studiował astronomię na Uniwersytecie w Jenie i służył jako uczeń Johannesa Heveliusa. W akademii pracowała jako jego nieoficjalna, ale uznana asystentka. Pozycja kobiet w naukach ścisłych była podobna do ich pozycji w cechach, ceniona, ale podporządkowana. Wspólnie prowadziły obserwacje i wykonywały obliczenia, aby stworzyć kalendarze i efemerydy.
Od 1697 roku Kirchowie zaczęli również rejestrować informacje o pogodzie. Ich dane były wykorzystywane do produkcji kalendarzy i almanachów, były też bardzo przydatne w nawigacji. Sprzedażą ich kalendarzy zajmowała się Akademia Nauk w Berlinie.
W pierwszym dziesięcioleciu pracy w akademii Kirch jako asystentka męża prowadziła obserwacje nieba, każdego wieczoru od godziny 21.00. Podczas takich rutynowych obserwacji odkryła kometę. 21 kwietnia 1702 roku Kirch odkryła tak zwaną „kometę 1702 roku” (C/1702 H1). Dziś nie ma wątpliwości co do pierwszeństwa Kirch w odkryciu C/1702 H1. W swoich notatkach z tej nocy jej mąż zapisał:
„Wczesnym rankiem (około 2:00) niebo było czyste i rozgwieżdżone. Kilka nocy wcześniej zaobserwowałem gwiazdę zmienną i moja żona (gdy spałem) chciała znaleźć i zobaczyć ją dla siebie. Czyniąc to, znalazła na niebie kometę. W tym czasie obudziła mnie, a ja stwierdziłem, że to rzeczywiście była kometa… Byłem zaskoczony, że nie widziałem jej poprzedniej nocy”.
Jedyne wówczas niemieckie czasopismo naukowe, Acta Eruditorum, było w języku łacińskim. Późniejsze publikacje Kirch w jej własnym imieniu były wszystkie w języku niemieckim. W tym czasie jej mąż nie miał samodzielnej katedry na akademii i Kirchowie pracowali zespołowo nad wspólnymi problemami. Para wspólnie obserwowała niebo: on północ, a ona południe, prowadząc obserwacje, których jedna osoba nie byłaby w stanie dokładnie przeprowadzić.
Kirch kontynuowała prace astronomiczne, publikując po niemiecku pod własnym nazwiskiem i z odpowiednim uznaniem. Jej publikacje, do których należały obserwacje Aurora Borealis (1707), broszura Von der Conjunction der Sonne des Saturni und der Venus o koniunkcji Słońca z Saturnem i Wenus (1709) oraz o zbliżającej się koniunkcji Jowisza i Saturna w 1712 r. stały się jej trwałym wkładem do astronomii. Przed Kirch jedyną kobietą astronomem w Świętym Cesarstwie Rzymskim, która publikowała pod własnym nazwiskiem, była Maria Cunitz. Przyjaciel rodziny i wiceprezes Berlińskiej Akademii Nauk Alphonse des Vignoles powiedział w pochwale Kirch: „Jeśli weźmie się pod uwagę reputację Frau Kirch i Frau Cunitz, trzeba przyznać, że nie ma takiej gałęzi nauki… w której kobiety nie byłyby zdolne do osiągnięć, i że w szczególności w astronomii Niemcy biorą nagrodę ponad wszystkie inne państwa w Europie.”
W 1709 roku prezydent Berlińskiej Akademii Nauk Gottfried von Leibniz przedstawił ją na dworze pruskim, gdzie Kirch wyjaśniła swoje obserwacje plam słonecznych. Powiedział o niej:
„Jest pewna najbardziej uczona kobieta, która mogłaby przejść jako rzadkość. Jej osiągnięcia nie są w literaturze czy retoryce, ale w najgłębszych doktrynach astronomii… Nie sądzę, aby ta kobieta łatwo znalazła sobie równych w nauce, w której się doskonali… Opowiada się ona za systemem kopernikańskim (pogląd, że słońce jest w spoczynku) jak wszyscy uczeni astronomowie naszych czasów. I z przyjemnością słucham, jak broni tego systemu na podstawie Pisma Świętego, w którym jest również bardzo biegła. Obserwuje z najlepszymi obserwatorami i umie wspaniale posługiwać się kwadrantem i teleskopem”.
Po śmierci męża w 1710 r. Kirch próbowała przejąć jego miejsce jako astronoma i kalendarzysty w Królewskiej Akademii Nauk. Mimo poparcia jej petycji przez Leibniza, prezydenta akademii, rada wykonawcza akademii odrzuciła jej prośbę o formalne stanowisko, twierdząc, że „to, co jej przyznajemy, mogłoby służyć za przykład w przyszłości”, czyli nie chciano tworzyć precedensu, mianując kobietę. W swojej petycji Kirch przedstawiła swoje kwalifikacje do objęcia tego stanowiska. Sformułowała swoją kandydaturę w terminach akceptowalnych w tamtych czasach, argumentując, że ma odpowiednie kwalifikacje, ponieważ została poinstruowana przez męża w zakresie obliczeń i obserwacji astronomicznych. Podkreśliła, że zajmuje się astronomią od czasu zawarcia małżeństwa i pracuje w akademii od czasu mianowania jej męża dziesięć lat wcześniej. W swoim wniosku Kirch napisała, że „przez pewien czas, gdy mój zmarły mąż był słaby i chory, przygotowywałam kalendarz na podstawie jego obliczeń i publikowałam go pod jego nazwiskiem”. Dla Kirch nominacja na akademię nie była jedynie oznaką honoru, lecz miała kluczowe znaczenie dla zapewnienia dochodu jej i jej dzieciom. W swojej petycji napisała, że mąż nie pozostawił jej środków do życia. W starej tradycji rzemieślniczej Kirch mogła przejąć stanowisko męża po jego śmierci, ale nowe instytucje naukowe raczej nie stosowały się do tej tradycji.
Chociaż Kirch wykonywała ważne prace w akademii, nie miała dyplomu uniwersyteckiego, który w tamtych czasach posiadał prawie każdy członek akademii. Co więcej, jej płeć działała na niekorzyść jej nominacji. Sekretarz Berlińskiej Akademii Nauk Johann Theodor Jablonski ostrzegał Leibniza, że „utrzymywanie jej na stanowisku urzędniczym, aby pracowała nad kalendarzem lub kontynuowała obserwacje, po prostu się nie uda”. Już za życia jej męża akademia była narażona na drwiny z powodu tego, że jej kalendarz był przygotowywany przez kobietę. Gdyby teraz miała nadal pełnić tę funkcję, usta wykrzywiłyby się jeszcze szerzej”. Leibniz był jedynym członkiem rady akademii, który popierał jej nominację i starał się zapewnić jej pomoc finansową.
Kirch uważała, że jej petycje zostały odrzucone z powodu jej płci. Potwierdza to poniekąd fakt, że na miejsce jej męża powołano Johanna Heinricha Hoffmanna, który miał niewielkie doświadczenie, a nie ją. Hoffmann wkrótce nie nadążał z pracą i nie prowadził wymaganych obserwacji. Zaproponowano nawet Kirchowi, by został jego asystentem. Kirch napisał: „Teraz idę przez ciężką pustynię, a ponieważ… brakuje wody… smak jest gorzki”. W 1711 r. opublikowała Die Vorbereitung zug grossen Opposition, dobrze przyjętą broszurę, w której przewidziała nową kometę, a następnie broszurę dotyczącą Jowisza i Saturna. W 1712 r. Kirch przyjęła patronat Bernharda Friedricha von Krosigk, który był entuzjastą astronomii amatorskiej, i rozpoczęła pracę w jego obserwatorium. Wraz z mężem pracowała w obserwatorium Krosigka w czasie budowy obserwatorium Akademii. W obserwatorium Krosigka osiągnęła stopień mistrza astronomii.
Po śmierci barona von Krosigka w 1714 roku Kirch przeniosła się do Gdańska, aby przez krótki czas pomagać profesorowi matematyki, a następnie powrócić. W 1716 r. Kirch i jej syn, który właśnie ukończył studia, otrzymali propozycję pracy w charakterze astronomów dla rosyjskiego cara Piotra Wielkiego, ale wolała pozostać w Berlinie, gdzie nadal obliczała kalendarze dla takich miejscowości jak Norymberga, Drezno, Wrocław i Węgry.
Wykształciła syna Christfrieda Kircha oraz córki Christine Kirch i Margarethę Kirch na asystentów w rodzinnej pracy astronomicznej, kontynuując produkcję kalendarzy i almanachów oraz prowadząc obserwacje. W 1716 r. po śmierci Hoffmanna jej syn Christfried i Johann Wilhelm Wagner zostali mianowani obserwatorami w obserwatorium akademii. Kirch przeniosła się z powrotem do Berlina, aby wraz z córką Christine pełnić funkcję asystentki syna. Ponownie pracowała w obserwatorium akademii, obliczając kalendarze. Członkowie akademii skarżyli się, że odgrywa ona zbyt ważną rolę i jest „zbyt widoczna w obserwatorium, gdy odwiedzają je obcy”. Kirch otrzymała polecenie, aby „odsunąć się na drugi plan i pozostawić prowadzenie rozmów… swojemu synowi”. Kirch odmówiła posłuszeństwa i została zmuszona przez akademię do oddania swojego domu na terenie obserwatorium.
Kirch nadal pracowała prywatnie. Kirch zmarł na gorączkę w Berlinie 29 grudnia 1720 r.
.