Maria Margaretha Winkelmann wurde 1670 in Panitzsch bei Leipzig geboren. Ihr Vater, ein lutherischer Pfarrer, weckte ihre Begeisterung für den Sternenhimmel und förderte sie. Später arbeitete sie als Dienstmädchen für den Bauern und Astronomen Christoph Arnold und erlernte dort die Grundlagen der Observationsarbeit für Wetterkunde und Meteorologie. Hier lernte sie auch den 30 Jahre älteren Gottfried Kirch (1639–1710) kennen, einen der bedeutendsten Himmelsforscher seiner Zeit.

1692 heirateten die beiden. Da Frauen damals keinen Zugang zu Universitäten hatten, unterrichtete Kirch seine Frau selbst. Sie wechselten sich bei der Beobachtung des Nachthimmels ab, führten Berechnungen durch und dokumentierten Wetterereignisse. 

Auf dieser Basis erstellte das Ehepaar astronomische Kalenderbücher, mit deren Verkauf die Familie ihren Lebensunterhalt bestritt. Darin wurden Sonnenauf- und -untergang, Stern- und Planetenbewegungen für das kommende Jahr berechnet. Astronomisch-astrologische Kalender waren damals für viele Menschen ein unverzichtbares Hilfsmittel, zum Beispiel in der Landwirtschaft, Medizin oder Seefahrt.

Im Juni 1702 wurde Gottfried Kirch von der neu gegründeten Kurfürstlich-Brandenburgischen Societät der Wissenschaften zu Berlin als erster Astronom berufen. Das Ehepaar erstellte Kalender für die Akademie, eine wichtige Einnahmequelle für die gerade neu gegründete Institution (Mommertz 2002, S. 44). Maria Margaretha Winkelmann-Kirch galt als Assistentin ihres Ehemannes, obwohl die beiden auf Augenhöhe arbeiteten. Sie forschte eigenständig zu Sonnenflecken und Polarlichtern und genoss in zeitgenössischen Fachkreisen hohes Ansehen (Schiebinger 1987, S. 180).

1702 gelang ihr eine außergewöhnliche Entdeckung: Als erste Frau entdeckte sie einen Kometen (C/1702H1, genannt „Komet 1702“). Kirch berichtet in seinen Aufzeichnungen, wie seine Frau habe den Kometen entdeckte:

„Früh um zwei Uhr war es hell gestirnet. Meine Ehefrau hat (nachdem ich etliche Nächte zuvor dem wandelbaren Stern am Hals des Schwanes observiert, und sie ihn, als ich noch schlieff, auch gerne sehen, und selbst finden wollte) einen Cometan am Himmel gefunden. Worauff sie mich aufwachetet, da ich denn fand, dass es wahrhaftig ein Comet war… Es wondert mich doch, dass ich den Cometan die vorigen Nächte nicht gesehen habe.“ (Schiebinger 1987, S. 183) 

Die Entdeckung wurde als erste bedeutende Leistung der Akademie dem König gemeldet. Doch sowohl in diesem Bericht als auch in den anschließenden wissenschaftlichen Veröffentlichungen wurde sie Kirch zugeschrieben. Erst kurz vor seinem Tod stellte Gottfried Kirch öffentlich klar, dass seine Frau die eigentliche Entdeckerin gewesen war. 

Nach dem Tod ihres Mannes im Jahr 1710 bemühte sich Maria Margaretha Winkelmann-Kirch vergebens um dessen Stelle an der Preußischen Akademie der Wissenschaften. Obwohl sie hervorragend qualifiziert war und vom damaligen Direktor, dem Philosophen und Mathematiker Gottfried Wilhelm Leibniz, unterstützt wurde, lehnte der Exekutivrat ihre Bewerbung ab – allein aufgrund ihres Geschlechts. Die Stelle erhielt stattdessen ein deutlich weniger qualifizierter Mann, der sich in dieser Funktion nicht bewährte.

Die Akademie setzte mit ihrer Entscheidung einen negativen Präzedenzfall: Frauen sollten über Jahrhunderte keinen Platz als wissenschaftliche Mitglieder der Akademie erhalten. 

Ab 1716 kehrte Maria Margaretha Winkelmann-Kirch noch einmal zur Berliner Akademie der Wissenschaften zurück, diesmal als Assistentin ihres Sohnes Christfried Kirch. Doch der Akademie-Rat kritisierte, dass sie sich in die Angelegenheiten der Akademie einmische und „auf dem Observatorio, wenn Fremde zugegen, sich zu viel praesentiere“ (zit. nach Valtin 1993, S. 147). Mehrfach wurde sie ermahnt, stärker in den Hintergrund zu treten und insbesondere bei öffentlichen Anlässen weniger sichtbar zu sein. 

Bereits ein Jahr später musste sie die Akademie und ihr Wohnhaus auf dem Sternwartegelände verlassen. Im neuen Zuhause setzte sie ihre Beobachtungen fort, hinter verschlossenen Türen und mit nur wenigen Instrumenten. 

Ihre Töchter Christine und Margaretha waren, ebenso wie ihr Bruder Christfried, von klein auf in die wissenschaftliche Arbeit der Familie eingebunden. Nach dem Tod ihres Bruders berechnete dieser „astronomische Frauenhaushalt“ (Mommertz 2002, S. 51) über weitere 30 Jahre lang im Verborgenen die Kalender für die Akademie und sorgte so maßgeblich für deren Finanzierung. 

Maria Winkelmann-Kirch starb 1720 im Alter von 50 Jahren. Ihre Geschichte erinnert daran, wie viele wichtige Entdeckungen und wissenschaftliche Leistungen von Frauen in den Schatten gedrängt wurden – obwohl sie den Blick auf die Welt nachhaltig erweitert haben.