Si laureò a Bologna in chimica pura nel 1923 con una tesi sperimentale sui nitrosoferrosolfuri di potassio. Fu assistente volontario all'Istituto di chimica generale dell'Università di Modena fino al 1925, anno in cui si trasferì all'Università di Milano, lavorando prima alla Stazione sperimentale della carta e delle fibre sintetiche, poi all'Istituto di Chimica generale del Politecnico. Fece parte del gruppo di ricerca di giovani assistenti che, sotto la direzione di Giuseppe Bruni, capostipite della scuola chimica milanese, iniziava ad applicare le tecniche roentgenografiche alla strutturistica chimica, collaborando con i colleghi: Giulio Natta, con il quale analizzò le strutture cristalline delle leghe cadmio-argento e, dal 1935, Adolfo Quilico, con il quale studiò l'azione dell'acido nitrico sull'acetilene e dei sali di diazonio sui componenti non saturi e sulla formazione dei neri di pirrolo, pubblicando i risultati delle loro indagini sulla «Gazzetta Chimica Italiana» di quegli anni. Oltre all'attività di laboratorio, Maria Caterina Freri proseguì presso l'ateneo milanese anche la sua attività didattica: assistente di ruolo dal 1927 al 1938, ottenne la libera docenza in chimica organica nel 1936 e nello stesso anno ebbe l'incarico del corso di chimica organica, che mantenne fino al termine della guerra.

Insieme alla ricerca scientifica, per la quale ricevette nel 1937 il “Premio Colombo” dal Politecnico di Milano, Maria Caterina Freri si dedicò alla ricerca in campo industriale, studiando la preparazione dell'alcol feniletilico e di alcuni preparati sulfamidici. Nel 1946 e nel 1948 si occupò della progettazione e dell'impianto del laboratorio di microanalisi delle ditte farmaceutiche Carlo Erba e Vittadini. Dopo la guerra proseguì il suo lavoro sulle analisi spettrografiche nel laboratorio diretto da Roberto Piontelli all'Istituto di chimica fisica e, per un periodo, nel laboratorio di ricerche fisiche della Sorbona a Parigi. I risultati delle ricerche vennero presentati in un ciclo di conferenze per gli studenti del Politecnico e in molte conferenze internazionali tra il 1953 ed il 1958.  Dal 1946 al 1965 fu la direttrice della Biblioteca centrale del Politecnico e pubblicò diverse recensioni sulla rivista «Scientia»; dal 1948 al 1951 fu docente di tecnologie della canapa e del lino al corso di perfezionamento in industrie tessili; dal 1955 al 1958 fu incaricata dell'insegnamento di chimica organica alla Facoltà di scienze dell'Università di Parma.