Maria Margarethe Winkelmann-Kirch nació el 25 de febrero de 1670 en la ciudad alemana de Leipzig. Desde bien pequeña, Maria recibió la educación que le brindó su padre de manera excepcional para una niña en el siglo XVII. Pastor luterano, su padre creía que las mujeres tenían el mismo derecho que los hombres para recibir una formación básica. Su padre falleció cuando Maria era todavía una niña pero su tío continuó encargándose de su educación.
Pronto Maria despertó su interés por la que sería su profesión, la astronomía, y empezó a trabajar como ayudante de un astrónomo llamado Christopher Arnold mientras aprendía todo lo que podía de él. Fue gracias a Christopher que conocería a Gottfried Kirch, otro astrónomo treinta años mayor que Maria pero que terminaría siendo su pareja.
En 1670 Gottfried y Maria se trasladaron a vivir a Berlín donde su marido fue nombrado astrónomo de la Academia de las Ciencias. Maria no obtuvo ningún cargo oficial por su condición de mujer pero se mantuvo al lado de Gottfried como su ayudante. La pareja se ganaba la vida elaborando calendarios y almanaques muy demandados en aquellos años. Aunque también pasaron buena parte de su tiempo en el observatorio estudiando el cielo.
Fue entonces cuando Maria Winkelmann se convertiría en la primera mujer de la historia en descubrir un cometa, el C/1702. Aunque oficialmente, fue su marido el descubridor. No fue hasta ocho años después que Gottfried reconoció a su mujer como la verdadera descubridora del cometa.
Maria nunca consiguió el reconocimiento que se merecía como astrónoma, ni tan siquiera cuando publicó varios estudios como Las Observaciones sobre la Aurora Boreal. Al morir su marido en 1710 le volvió a ser denegado su puesto en el observatorio.
Durante los siguientes años, Maria siguió trabajando en el observatorio del barón Krosigk hasta que este también falleció. En aquellos años, Maria tuvo a su lado a sus hijos, quienes aprendieron de ella los fundamentos de la astronomía. Unas enseñanzas que verían sus frutos en su hijo Christfried, quien en 1716 consiguió el cargo de Director del Observatorio de la Real Academia de Ciencias de Berlín. Sus tres hijas, igualmente apasionadas por la astronomía, siguieron la misma suerte que su madre. Por el hecho de ser mujeres, solamente pudieron trabajar como ayudantes de su hermano.