Gottfried Kirch i-a oferit soției sale instruire suplimentară în astronomie, așa cum a făcut pentru sora sa și pentru mulți alți studenți. Femeile nu aveau voie să frecventeze universitățile din Germania, dar activitatea de astronomie și de observare a cerului, se desfășura în mare parte în afara universităților. Astfel, Kirch a devenit una dintre puținele femei active în astronomie în anii 1700. Ea a devenit cunoscută pe scară largă sub numele de Kirchin, versiunea feminină a numelui de familie. Nu era ceva nemaiauzit în Sfântul Imperiu Roman ca o femeie să fie activă în astronomie. Maria Cunitz, Elisabeth Hevelius și Maria Clara Eimmart au fost astronomi activi în secolul al XVII-lea.
Prin intermediul unui edict, Friedrich al III-lea a introdus un monopol pentru calendare în Brandenburg, iar mai târziu în Prusia, impunând o taxă pe calendar. Veniturile din acest monopol trebuiau să plătească astronomii și membrii Academiei de Științe din Berlin, pe care Friedrich al III-lea a fondat-o în iulie 1700. Friedrich al III-lea a continuat, de asemenea, să construiască un observator care a fost inaugurat în ianuarie 1711. Ajutat de soția sa, Gottfried Kirch a pregătit primul calendar al unei serii, intitulat Chur-Brandenburgischer Verbesserter Calender Auff das Jahr Christi 1701, care a devenit foarte popular.
Maria și Gottfried au lucrat împreună ca o echipă. În mod tipic de breaslă, ea a avansat din poziția de ucenic al lui Arnold, pentru a deveni asistenta soțului ei. Soțul ei studiase astronomia la Universitatea din Jena și fusese ucenicul lui Johannes Hevelius. La academie, ea a lucrat ca asistentă neoficială, dar recunoscută, a acestuia. Poziția femeilor în domeniul științelor era asemănătoare cu poziția lor în bresle, apreciată, dar subordonată. Împreună, ele făceau observații și efectuau calcule pentru a produce calendare și efemeride.
Din 1697, Kirchs a început, de asemenea, să înregistreze informații despre vreme. Datele lor au fost folosite pentru a produce calendare și almanahuri și au fost, de asemenea, foarte utile în navigație. Academia de Științe din Berlin s-a ocupat de vânzarea calendarelor lor.
În timpul primului deceniu de muncă la academie, ca asistentă a soțului ei, Kirch observa cerul, în fiecare seară, începând cu ora 21:00. În timpul unei astfel de observații de rutină, ea a descoperit o cometă. La 21 aprilie 1702, Kirch a descoperit așa-numita „Cometa din 1702” (C/1702 H1). Astăzi nu există nicio îndoială cu privire la prioritatea lui Kirch în descoperirea lui C/1702 H1. În notele sale din acea noapte, soțul ei a consemnat:
„Dis-de-dimineață (în jurul orei 2:00 AM) cerul era senin și înstelat. Cu câteva nopți înainte, observasem o stea variabilă și soția mea (în timp ce dormeam) a vrut să o găsească și să o vadă ea însăși. Făcând acest lucru, ea a găsit o cometă pe cer. În acel moment, m-a trezit și am constatat că era într-adevăr o cometă… Am fost surprins că nu o văzusem cu o noapte înainte”.
Unaica revistă științifică a Germaniei la acea vreme, Acta Eruditorum, era în limba latină. Publicațiile ulterioare ale lui Kirch în nume propriu au fost toate în limba germană. La acea vreme, soțul ei nu deținea o catedră independentă la academie, iar soții Kirch lucrau în echipă la probleme comune. Cuplul a observat cerul împreună: el a observat nordul, iar ea sudul, făcând observații pe care o singură persoană nu le-ar fi putut efectua cu acuratețe.
Kirch a continuat să își continue lucrările de astronomie, publicând în limba germană sub propriul nume și cu recunoașterea cuvenită. Publicațiile sale, care au inclus observațiile sale asupra aurorei boreale (1707), broșura Von der Conjunction der Sonne des Saturni und der Venus privind conjuncția soarelui cu Saturn și Venus (1709) și apropierea conjuncției dintre Jupiter și Saturn în 1712 au devenit contribuțiile sale durabile la astronomie. Înainte de Kirch, singura femeie astronom din Sfântul Imperiu Roman care publicase sub propriul nume fusese Maria Cunitz. Prietenul de familie și vicepreședinte al Academiei de Științe din Berlin, Alphonse des Vignoles, a spus în elogiul lui Kirch: „Dacă luăm în considerare reputația doamnei Kirch și a doamnei Cunitz, trebuie să recunoaștem că nu există nicio ramură a științei… în care femeile să nu fie capabile de realizări, și că în astronomie, în special, Germania ia premiul mai presus de toate celelalte state din Europa.”
În 1709, președintele Academiei de Științe din Berlin, Gottfried von Leibniz, a prezentat-o la curtea prusacă, unde Kirch a explicat observațiile sale asupra petelor solare. El a spus despre ea:
„Există o femeie foarte învățată care ar putea trece drept o raritate. Realizarea ei nu este în literatură sau retorică, ci în cele mai profunde doctrine ale astronomiei… Nu cred că această femeie își găsește cu ușurință un egal în știința în care excelează… Ea este în favoarea sistemului copernican (ideea că soarele este în repaus), ca toți astronomii erudiți ai timpului nostru. Și este o plăcere să o aud apărând acest sistem prin intermediul Sfintei Scripturi, în care este și ea foarte învățată. Ea observă împreună cu cei mai buni observatori și știe să mânuiască minunat cadranul și telescopul.”
După ce soțul ei a murit în 1710, Kirch a încercat să-i preia locul de astronom și calendarist la Academia Regală de Științe. În ciuda faptului că petiția ei a fost susținută de Leibniz, președintele academiei, consiliul executiv al academiei a respins cererea ei pentru o poziție oficială spunând că „ceea ce îi acordăm ar putea servi ca exemplu în viitor”, adică nu au dorit să creeze un precedent prin numirea unei femei. În cererea sa, Kirch și-a prezentat calificările pentru această poziție. Ea și-a formulat cererea în termenii acceptați în epocă, argumentând că era bine calificată deoarece fusese instruită de soțul ei în materie de calcule și observații astronomice. Ea a subliniat că se ocupase de astronomie încă de la căsătorie și că lucrase la academie de la numirea soțului ei cu zece ani mai devreme. În petiția sa, Kirch a declarat că „pentru o perioadă de timp, în timp ce dragul meu soț dispărut era slăbit și bolnav, am pregătit calendarul din calculele sale și l-am publicat sub numele său”. Pentru Kirch, o numire la academie nu ar fi fost doar un semn de onoare, ci era vitală pentru a asigura un venit pentru ea și copiii ei. În cererea sa, ea a declarat că soțul ei nu i-a lăsat mijloace de întreținere. În vechea tradiție a breslelor de meseriași, ar fi fost posibil ca Kirch să preia poziția soțului ei după moartea acestuia, dar noile instituții de știință tindeau să nu urmeze această tradiție.
În timp ce Kirch desfășurase o activitate importantă la academie, ea nu avea o diplomă universitară, ceea ce la acea vreme avea aproape fiecare membru al academiei. Mai exact, sexul ei a lucrat împotriva numirii sale. Secretarul Academiei de Științe din Berlin, Johann Theodor Jablonski, l-a avertizat pe Leibniz: „ca ea să fie păstrată în calitate oficială pentru a lucra la calendar sau pentru a continua observațiile pur și simplu nu va fi de ajuns. Deja în timpul vieții soțului ei, academia a fost împovărată de ridicol pentru că calendarul său a fost pregătit de o femeie. Dacă acum ar fi păstrată în această calitate, gurile s-ar deschide și mai mult”. Leibniz a fost singurul membru al consiliului academiei care a susținut numirea ei și a încercat să-i asigure asistență financiară.
Kirch a considerat că petițiile ei au fost respinse din cauza sexului ei. Acest lucru este oarecum susținut de faptul că Johann Heinrich Hoffmann, care avea puțină experiență, a fost numit în locul ei în locul soțului ei. Hoffmann a rămas curând în urmă cu munca sa și nu a reușit să facă observațiile solicitate. A fost chiar sugerat ca Kirch să devină asistentul său. Kirch a scris: „Acum trec printr-un deșert sever, și pentru că… apa este rară… gustul este amar”. Cu toate acestea, într-o realizare excepțională pentru acele vremuri, a fost admisă de Academia de Științe din Berlin.
În 1711, a publicat Die Vorbereitung zug grossen Opposition, o broșură bine primită în care a prezis o nouă cometă, urmată de o broșură referitoare la Jupiter și Saturn. În 1712, Kirch a acceptat patronajul lui Bernhard Friedrich von Krosigk, care era un astronom amator entuziast, și a început să lucreze la observatorul său. Ea și soțul ei lucraseră la observatorul lui Krosigk în timp ce observatorul academiei era în construcție. La observatorul lui Krosigk a ajuns la rangul de maestru astronom.
După ce baronul von Krosigk a murit în 1714, Kirch s-a mutat la Danzig pentru a asista un profesor de matematică pentru o scurtă perioadă de timp înainte de a se întoarce. În 1716, Kirch și fiul ei, care tocmai terminase universitatea, au primit o ofertă de a lucra ca astronomi pentru țarul rus Petru cel Mare, dar a preferat să rămână în Berlin, unde a continuat să calculeze calendare pentru localități precum Nürnberg, Dresda, Breslau și Ungaria.
Și-a instruit fiul Christfried Kirch și fiicele Christine Kirch și Margaretha Kirch pentru a acționa ca asistenți ai ei în activitatea astronomică a familiei, continuând producția de calendare și almanahuri, precum și efectuarea de observații. În 1716, fiul ei Christfried și Johann Wilhelm Wagner au fost numiți observatori la observatorul academiei, după moartea lui Hoffmann. Kirch s-a mutat înapoi la Berlin pentru a acționa ca asistent al fiului său împreună cu fiica sa Christine. Ea a lucrat din nou la observatorul academiei calculând calendare. Membrii de sex masculin ai academiei s-au plâns că ea și-a asumat un rol prea proeminent și că era „prea vizibilă la observator atunci când veneau străini în vizită”. Lui Kirch i s-a ordonat „să se retragă în fundal și să lase discuțiile în seama… fiului ei”. Kirch a refuzat să se conformeze și a fost forțată de academie să renunțe la casa ei de pe terenul observatorului.
Kirch a continuat să lucreze în privat. Kirch a murit de febră la Berlin la 29 decembrie 1720.
.