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.
Diritto:
1. Giusta l'art. 54 cpv. 1 LTF, il procedimento si svolge in una delle lingue ufficiali (tedesco, francese, italiano, rumantsch grischun), di regola nella lingua della decisione impugnata (in concreto: italiana). Di conseguenza, visto anche che la ricorrente è cittadina italiana residente in Italia e che oltretutto nemmeno sembrerebbe capire (bene) il tedesco (v. perizia 2 ottobre 2001 della Clinica Z._, pag. 3), si impone di redigere la sentenza in italiano nonostante la richiesta della patrocinatrice.
2. Il ricorso in materia di diritto pubblico può essere presentato per violazione del diritto, così come stabilito dagli art. 95 e 96 LTF. Per contro, il Tribunale federale fonda la sua sentenza sui fatti accertati dall'autorità inferiore (art. 105 cpv. 1 LTF) e vi si può scostare solo qualora questo accertamento sia avvenuto in modo manifestamente inesatto o in violazione del diritto ai sensi dell'art. 95 LTF (art. 105 cpv. 2 LTF).
3. Preliminarmente la ricorrente lamenta una violazione del suo diritto di essere sentita per non avere, dapprima, l'amministrazione sufficientemente motivato il provvedimento del 15 settembre 2009 e per non essersi, in seguito, il Tribunale amministrativo federale minimamente chinato sulla questione nonostante esplicita censura.
3.1 L'art. 29 cpv. 2 Cost. garantisce alle parti il diritto d'essere sentite. Per costante giurisprudenza, dal diritto di essere sentito deve in particolare essere dedotto il diritto dell'interessato di esprimersi prima della resa di una decisione sfavorevole nei suoi confronti, quello di fornire prove circa i fatti suscettibili di influire sul provvedimento, quello di poter prendere visione dell'incarto, quello di partecipare all'assunzione delle prove, di prenderne conoscenza e di determinarsi al riguardo (DTF 129 II 497 consid. 2.2 pag. 504 con riferimenti; 126 V 130 consid. 2b pag. 131 con riferimenti). Dal diritto di essere sentito di cui all'art. 29 cpv. 2 Cost. è inoltre dedotto l'obbligo per l'autorità di motivare le proprie decisioni.
Nel diritto delle assicurazioni sociali, l'art. 49 cpv. 3 LPGA precisa che le decisioni devono essere motivate se non corrispondono interamente alle richieste delle parti. L'obbligo di motivazione mira a impedire che l'autorità si faccia condurre da motivi non pertinenti e a mettere la persona interessata in condizione di impugnare, se del caso, la decisione con cognizione di causa. Ciò si dimostra però soltanto possibile se sia essa sia l'autorità di ricorso possono farsi un'idea sulla portata della decisione. A tal scopo devono perlomeno essere brevemente esposte le considerazioni che hanno guidato l'autorità a decidere in un determinato senso (DTF 124 V 180 consid. 1a pag. 181 con riferimenti). Contenuto e intensità di una sufficiente motivazione non sono definibili una volta per tutte in maniera generale, ma devono essere stabiliti per rapporto alla concreta situazione materiale, probatoria e processuale (SVR 2006 IV n. 27 pag. 92 [I 3/05] consid. 2 e 3). Sebbene una decisione di rendita rientri nella categoria degli atti collettivi ("Massenverfügungen"), per i quali, vista la loro natura, i requisiti di motivazione non devono essere troppo rigorosi (v. SVR 2005 AHV n. 6 [H 6/04] consid. 3.1; RCC 1989 pag. 462 consid. 4a), in essa non possono tuttavia mancare completamente i motivi decisivi di natura fattuale e giuridica (sentenza 9C_423/2007 del 29 agosto 2007). Recentemente, questa Corte ha ad esempio anche osservato che non è possibile rifiutare la presa a carico di una terapia (oftalmologica) per la cura di una infermità congenita (strabismo concomitante unilaterale, cifra 427 allegato OIC) limitandosi a disconoscere la scientificità del trattamento, se non sono indicati i motivi di tale decisione e se in tal modo la persona assicurata non è messa in condizione di ribattere con cognizione di causa (SVR 2010 IV n. 51 [9C_363/2009] pag. 157).
Il diritto di essere sentito è una garanzia costituzionale formale, la cui violazione implica di regola l'annullamento della decisione impugnata a prescindere dalle possibilità di successo nel merito (DTF 132 V 387 consid. 5.1 pag. 390; 127 V 431 consid. 3d/aa pag. 437). Secondo giurisprudenza, una violazione del diritto di essere sentito - qualora non sia particolarmente grave - è sanabile se l'interessato riceve la possibilità di esprimersi dinanzi a un'autorità di ricorso che gode del pieno potere di esame sui fatti e sul diritto. La riparazione di un eventuale vizio deve comunque rimanere l'eccezione (DTF 135 I 279 consid. 2.6.1 pag. 285; 124 V 180 consid. 4a pag. 183).
3.2 Nel caso di specie, salta effettivamente agli occhi come il progetto di decisione 16 giugno 2009 e la decisione 15 settembre 2009 siano gravemente carenti della necessaria motivazione. Per giustificare la riduzione della rendita, l'UAI si è limitato ad affermare 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%. Manca però del tutto, nel provvedimento, un calcolo che permetta di comprendere, anche solo sommariamente, i motivi che hanno portato l'amministrazione a tale risultato, anch'esso comunque assai approssimativo. Manca in particolare ogni indicazione relativa ai redditi di riferimento per questo (mancante) calcolo come pure a un'eventuale riduzione del reddito da invalida in ragione delle particolari circostanze personali e professionali del caso (DTF 126 V 75). In mancanza di una indicazione più precisa sulle attività confacenti allo stato di salute ragionevolmente esigibili e sul tasso di incapacità lavorativa residua, nemmeno è possibile, sulla sola base del progetto di decisione e della decisione, ricostruire (quantomeno) il reddito base da invalida utilizzato dall'amministrazione.
Certo, l'assicurata avrebbe potuto apprendere gli elementi (medici ed economici) della valutazione se solo avesse avuto accesso all'incarto, in cui figurano i vari apprezzamenti medici e i rilevamenti economici decisivi per il calcolo dell'invalidità. Tuttavia, non risulta che l'assicurata, che peraltro non disponeva in sede amministrativa di un'assistenza legale e che non era tenuta a conoscere le varie tappe che precedono il rilascio di una decisisione amministrativa, sia mai stata informata degli accertamenti (medici ed economici) messi in atto (sull'obbligo di informare le persone interessate sui nuovi atti raccolti e sui quali l'assicuratore intende fondare la propria decisione cfr. DTF 132 V 387 consid. 3.1 pag. 388). Né il progetto di decisione e la decisione amministrativa contengono il benché minimo accenno o rinvio a specifici rilevamenti agli atti che avrebbero potuto (o dovuto) indurre l'interessata a richiederne la consultazione.
3.3 In tali circostanze, si deve concludere che l'UAI è incorso in una grave violazione del diritto di essere sentito della ricorrente che non poteva essere sanata dall'autorità giudiziaria di primo grado, anche perché quest'ultima, nonostante esplicita eccezione, nemmeno si è chinata sulla censura. Ne discende che a prescindere dalle possibilità di successo nel merito - che non occorre esaminare in questa sede -, la pronuncia impugnata come pure la decisione amministrativa - all'origine del vizio - vanno annullate e la causa è retrocessa all'amministrazione affinché rimedi al vizio e renda un nuovo provvedimento.
4. Le spese giudiziarie seguono la soccombenza e sono poste a carico dell'UAI (art. 66 cpv. 1 LTF), che rifonderà alla ricorrente, assistita da una legale, un'indennità per ripetibili dell'ultima istanza federale (art. 68 cpv. 1 LTF). In tali condizioni, la domanda di assistenza giudiziaria gratuita e di gratuito patrocinio della ricorrente è priva di oggetto.
Per questi motivi, il Tribunale federale pronuncia:
1. Il ricorso è accolto nel senso che, annullati il giudizio del Tribunale amministrativo federale, Corte III, del 14 ottobre 2010 e la decisione impugnata dell'Ufficio AI per gli assicurati residenti all'estero del 15 settembre 2009, la causa è rinviata all'Ufficio AI per gli assicurati residenti all'estero perché proceda conformemente ai considerandi e statuisca di nuovo circa la revisione del diritto alla rendita.
2. Le spese giudiziarie di fr. 500.- sono poste a carico dell'opponente.
3. L'opponente verserà alla ricorrente la somma di fr. 2800.- a titolo di indennità di parte per la procedura d'ultima istanza federale.
4. La causa viene rinviata al Tribunale amministrativo federale, Corte III per nuova ripartizione delle spese e della indennità di parte nella procedura precedente.
5. Comunicazione alle parti, al Tribunale amministrativo federale, Corte III, e all'Ufficio federale delle assicurazioni sociali.