Fatti: A. A.a M._, cittadina italiana residente in Italia, nata nel 1970, ha lavorato in Svizzera (dal 18 gennaio 1993) come aiuto cucina presso l'ospedale di B._, solvendo regolari contributi all'AVS/AI. Il 16 marzo 1994, cadendo dalle scale, l'interessata si è infortunata al polso destro e ha riportato una frattura dello stiloide ulnare come pure una lesione ai legamenti locali. A.b Il 17 maggio 1996 M._, che non ha più ripreso la sua attività lavorativa, ha presentato all'Ufficio AI del Canton Zurigo una domanda volta all'ottenimento di una rendita dell'AI che è però stata respinta per carenza di invalidità di grado pensionabile (decisione del 2 giugno 1999). Adito dall'assicurata, il Tribunale delle assicurazioni del Canton Zurigo, preso atto delle conclusioni di una perizia giudiziaria affidata alla Clinica Z._, le ha riconosciuto, per pronuncia del 31 maggio 2002, il diritto a una rendita intera dal 1° maggio 1995 al 31 maggio 1996 e a una mezza prestazione dal 1° giugno 1996. A.c In seguito al rimpatrio dell'interessata, l'Ufficio AI per gli assicurati residenti all'estero (UAI), nel frattempo divenuto competente, ha avviato una prima procedura di revisione nell'ottobre 2004 che non ha messo in evidenza sostanziali mutamenti della situazione valetudinaria. Per effetto della 4a revisione della AI, entrata in vigore il 1° gennaio 2004, l'UAI ha tuttavia erogato, con effetto da tale data, tre quarti di rendita in luogo della mezza prestazione poiché l'assicurata presentava un tasso di incapacità di guadagno di almeno il 60% (decisione del 21 marzo 2005). Il 21 aprile 2008 l'UAI ha quindi avviato una seconda procedura di revisione del diritto alla rendita. Esperiti i necessari accertamenti medici ed economici - tra cui due perizie particolareggiate a cura dell'Istituto nazionale italiano della previdenza sociale (INPS) del 4 luglio e del 29 dicembre 2008 e diverse valutazioni da parte delle dott.sse E._ e S._ del proprio servizio medico -, l'UAI ha constatato che l'assicurata poteva svolgere un'attività confacente al suo stato di salute che le avrebbe permesso di realizzare più del 50% del guadagno conseguibile senza invalidità, rispettivamente che poteva svolgere le proprie mansioni consuete in misura superiore al 50%. L'amministrazione ha pertanto ridotto, con effetto dal 1° novembre 2009, la prestazione a un quarto di rendita (decisione del 15 settembre 2009, preavvisata il 16 giugno precedente). B. M._ si è aggravata al Tribunale amministrativo federale, il quale, pur ammettendola al beneficio dell'assistenza giudiziaria gratuita e del gratuito patrocinio, ha sostanzialmente confermato l'operato dell'amministrazione (pronuncia del 14 ottobre 2010). C. L'assicurata ha presentato ricorso al Tribunale federale, al quale chiede di annullare il giudizio di primo grado e di accordarle una rendita superiore. Domanda inoltre di essere posta al beneficio dell'assistenza giudiziaria gratuita e del gratuito patrocinio anche per la sede federale. L'UAI propone la reiezione del gravame, mentre l'Ufficio federale delle assicurazioni sociali ha rinunciato a determinarsi. 