Schon während ihrer Promotion, für die sie viele Beobachtungsstunden an der Europäischen Südsternwarte in Chile verbrachte, ging es Eva Grebel darum, einzelne Sterne inmitten des Leuchtens benachbarter Galaxien zu identifizieren. Heute ist sie Expertin für Zwerggalaxien in der Umgebung der Milchstraße, die sie untersucht wie Fossilien aus der Vorzeit, um Rückschlüsse auf vergangene kosmische Epochen und auf die Entstehung von Sternsystemen zu ziehen.

Mittlerweile wurde sie vielfach ausgezeichnet, seit 2007 ist sie Direktorin des Astronomischen Rechen-Instituts am Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg und seit 2011 Mitglied der Heidelberger Akademie der Wissenschaften.