Kerstin Krieglstein erforscht insbesondere, wie der Embryo im Mutterleib die Ausbildung des Gehirns und seiner Nervenzellen steuert. Sie trug mit ihren Arbeiten wesentlich zum Verständnis bei, welche Rolle bestimmte Signalmoleküle für die Entwicklung und Funktion neuronaler Netzwerke spielen. So gelang es ihr und ihrer Arbeitsgruppe zu zeigen, dass das Signalmolekül TGF-β je nach biochemischen und physiologischen Bedingungen über Leben und Tod von Hirnzellen entscheidet.
Krieglstein studierte Chemie an der Philipps-Universität Marburg und Pharmazie an der Ludwig-Maximilians-Universität München. 1990 wurde sie in Marburg in Pharmazie promoviert und erhielt die Approbation als Apothekerin. Nach Forschungsaufenthalten an der University of California in Irvine, USA, der Universität Marburg und der Universität Heidelberg war sie von 1999 bis 2001 Professorin für Anatomie an der Universität des Saarlandes. 2001 wechselte sie als Professorin für Anatomie und Direktorin der Abteilung Neuroanatomie an die Georg-August-Universität Göttingen. Ab 2007 war Krieglstein Professorin für Anatomie und Direktorin der Abteilung für Molekulare Embryologie an der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, seit 2014 war sie hauptamtlich Dekanin der Medizinischen Fakultät der Universität Freiburg. Die Leopoldina wählte Kerstin Krieglstein 2007 in die Sektion Anatomie und Anthropologie.