Su campo de estudio versa sobre la astrofísica estelar observacional.

Continuó sus estudios en Australia, y obtuvo su Doctorado en el Observatorio del Monte Stromlo de la Universidad Nacional Australiana en Canberra.

La Beca Postdoctoral A W. J. McDonald le llevó a la University de Texas en Austin en 2006 donde continuó sus estudios.

Desde 2009 hasta 2011, fue una Becaria Postdoctoral Clay en el Centro de astrofísica Harvard-Smithsonian en Cambridge (Massachusetts).

En 2003, Frebel descubrió la estrella HE 1327-2326 la cual es la estrella más deficiente en hierro, derivado de un tiempo muy poco después del Big Bang.