Se presentó como novelista en 1946 al publicar El mundo dormido de Yenia, que tuvo una dividida recepción al igual que toda su posterior narrativa. De rasgos impresionistas, una de las características principales de sus novelas fue el tratamiento de la interioridad femenina a través de sus personajes. A su vez, las temáticas demostraron una postura de lucha por la libertad intelectual y social de la mujer.

Después de su primera publicación, escribió cuatro novelas más: Extraño estío (1947), un relato que llevó a la ficción la privacidad e introspección de una mujer adulta divorciada; Soñaba y amaba el adolescente Perces (1949); El pequeño arquitecto (1956) y Huída (1961). Posteriormente, dio un vuelco a su labor literaria al introducirse en una tarea poco desarrollada por las mujeres de su época: la crítica literaria. Se inició en este género con la publicación de Siete escritoras chilenas (1949), en la que demostró su perspicacia y aguda lectura. En este libro, María Carolina Geel buscó un compromiso con su propio género y con las escritoras contemporáneas al valorarlas como ningún crítico lo hizo antes. Desde aquel momento, trabajó con vehemencia en su quehacer ensayístico, centrándose principalmente en el análisis de la producción literaria de mujeres y de escritores no canónicos. Sus escritos los publicó con periodicidad en diarios y revistas, tales como El Mercurio, La Crónica, la revista Atenea y el semanario PEC (Política, Estudios y Cultura).

Uno de los intelectuales de la época que reconoció y alabó la calidad de los textos de María Carolina Geel fue Alone, su más fiel admirador. También se relacionó con otras escritoras de gran envergadura como Gabriela Mistral, Amanda Labarca y María Monvel, entre otras.

El 14 de abril de 1955, en un hecho confuso que sorprendió a la sociedad santiaguina, Geel disparó en contra de su amante, Roberto Pumarino, en el conocido Hotel Crillón. Condenada a tres años de presidio, redactó allí una de sus más importantes novelas, Cárcel de mujeres. Causando gran impresión en su época, esta novela descubrió un mundo infranqueable y oscuro; oscilante entre la escritura testimonial y la ficción, que legitimó la mirada femenina de ese espacio carcelario.

María Carolina Geel no cumplió la totalidad de su sentencia debido a la intervención de Gabriela Mistral, quien desde Nueva York, pidió el indulto presidencial para ella, el cual fue concedido por Carlos Ibáñez del Campo. Una vez en libertad, prosiguió su labor como crítica, no obstante desde un territorio más neutral y conservador.