Sie arbeitete über Riemannsche Flächen und ihre Modulräume (Teichmüller-Räume, sie klassifizieren konforme Strukturen auf Riemannschen Flächen) und höher dimensionale hyperbolische Geometrie (von der Riemannsche Flächen zweidimensionale Beispiele liefern), komplexe Dynamik sowie die der Theorie zugehörigen Klein’schen und Fuchs’schen Gruppen. Teilweise arbeitete sie dabei mit Caroline Series zusammen. Bereits in ihrer Dissertation bei Bers gab sie geometrische Deutungen der reell-analytischen Struktur von Teichmüllerräumen, die Bers und Lars Ahlfors zuvor untersucht hatten. Mit Caroline Series untersuchte sie die von Bernard Maskit eingeführte komplex-analytische Struktur von Teichmüllerräumen mit geometrischen Methoden der hyperbolischen Geometrie, die William Thurston mit seiner Schule entwickelt hatte.
Von Keen stammt das für die geometrische Analyse hyperbolischer Flächen wichtige Collar-Lemma,[2] das geschlossenen Geodätischen Kurven auf hyperbolischen Flächen ein Nachbarschaftsgebiet (collar neighborhood) mit einem Flächenmaß zuordnet, dass nur von der Länge der Geodäte abhängt und monoton gegen Unendlich geht, wenn die Länge der Geodäte gegen Null geht.[3]