Sachverhalt:
A. Die Staatsanwaltschaft Brugg-Zurzach erhob am 10. Dezember 2012 beim Bezirksgericht Brugg Anklage gegen X._ wegen Mord an seiner Ehefrau, Gefährdung des Lebens und Widerhandlung gegen das Waffengesetz. Nachdem das Bezirksgericht in der Vorladung für die Hauptverhandlung die vorgesehene Besetzung des Gerichts bekannt gegeben hatte, verlangte X._ gestützt auf Art. 56 lit. b und f StPO den Ausstand von Vizepräsidentin Helen Leimbacher. Zur Begründung brachte er vor, Helen Leimbacher habe mit seinen drei Kindern, die damals 6, 11 und 17 Jahre alt gewesen seien, Anhörungen durchgeführt, welche unter anderem der Wahl eines Pflegeplatzes gedient hätten. Nach den emotional verlaufenen Befragungen müsse sie eine grosse Wut auf ihn haben und könne deshalb nicht mehr unvoreingenommen urteilen.
Mit Entscheid vom 12. Februar 2013 wies die Beschwerdekammer in Strafsachen des Obergerichts des Kantons Aargau das Gesuch ab.
B. Mit Beschwerde in Strafsachen ans Bundesgericht vom 7. März 2013 beantragt X._, der Entscheid des Obergerichts sei aufzuheben und das Ausstandsbegehren gutzuheissen.
Das Obergericht hat auf eine Vernehmlassung verzichtet. Helen Leimbacher beantragt die Abweisung der Beschwerde. Der Beschwerdeführer hält in seiner Replik dazu an seinen Anträgen und Rechtsauffassungen fest.

Erwägungen:
1. Beim angefochtenen Entscheid handelt es sich um einen selbständig eröffneten Zwischenentscheid über ein Ausstandsbegehren in einer Strafsache (Art. 78 Abs. 1 und Art. 92 Abs. 1 BGG). Das Obergericht hat als letzte und einzige kantonale Instanz entschieden (<ref-law> i.V.m. <ref-law>). Der Beschwerdeführer ist gemäss Art. 81 Abs. 1 lit. a und lit. b Ziff. 1 BGG zur Beschwerde befugt. Die weiteren Sachurteilsvoraussetzungen geben zu keinen Bemerkungen Anlass. Auf die Beschwerde ist einzutreten.
2. 2.1 Der Beschwerdeführer macht im bundesgerichtlichen Verfahren keine Verletzung von <ref-law> mehr geltend. Das Obergericht hatte dargelegt, dass sich diese Bestimmung nur auf Vorbefassungen in der gleichen Sache bezieht, was bei zwei verschiedenen Verfahren (ein strafrechtliches und ein kindesschutzrechtliches) nicht zutrifft (vgl. Urteil 6B_621/2011 vom 19. Dezember 2011 E. 2.3.1 mit Hinweisen). Weiterhin beruft er sich indessen auf <ref-law>. Es verhalte sich vorliegend gleich wie bei einer Person, die in einer Opferhilfestelle das Opfer eines Gewaltverbrechens beraten habe und anschliessend über den Täter urteilen sollte. Helen Leimbacher sei in sehr engen Kontakt mit drei Kindern getreten, deren Mutter durch den eigenen Vater getötet worden sei. Bei den Anhörungen sei es um die Gefühle und Wünsche der Kinder sowie um Überlegungen betreffend die Trauerarbeit gegangen. Helen Leimbacher habe das Unverständnis, die Trauer und Hoffnungslosigkeit der Kinder in sich aufgenommen. Dies genüge, um die Möglichkeit einer unbewussten Parteilichkeit und damit einen Ausstandsgrund zu bejahen, insbesondere da die Anklage auf Mord laute.
2.2 Nach <ref-law> und Art. 6 Ziff. 1 EMRK hat jede Person Anspruch darauf, dass ihre Sache von einem unparteiischen, unvoreingenommenen und unbefangenen Richter ohne Einwirken sachfremder Umstände entschieden wird. Dies soll zu der für einen korrekten und fairen Prozess erforderlichen Offenheit des Verfahrens beitragen und ein gerechtes Urteil ermöglichen (<ref-ruling> E. 2.1 S. 229 mit Hinweisen).
Die verfassungs- und konventionsrechtliche Garantie wird in <ref-law> konkretisiert (<ref-ruling> E. 4.2.1 S. 428 mit Hinweisen). <ref-law> zählt in lit. a-e einzelne Ausstandsgründe auf und schliesst in lit. f. mit der Generalklausel, wonach eine in einer Strafbehörde tätige Person in den Ausstand tritt, wenn sie aus anderen Gründen, insbesondere wegen Freundschaft oder Feindschaft mit einer Partei oder deren Rechtsbeistand, befangen sein könnte.
Die Garantie des verfassungsmässigen Richters wird verletzt, wenn bei objektiver Betrachtung der Anschein der Befangenheit oder die Gefahr der Voreingenommenheit besteht. Voreingenommenheit und Befangenheit werden nach der Rechtsprechung angenommen, wenn Umstände vorliegen, die bei objektiver Betrachtung geeignet sind, Misstrauen in die Unparteilichkeit des Richters zu erwecken. Solche Umstände können in einem bestimmten Verhalten des betreffenden Richters oder in gewissen äusseren Gegebenheiten funktioneller und organisatorischer Natur begründet sein. Bei der Beurteilung solcher Umstände ist nicht auf das subjektive Empfinden einer Partei abzustellen. Das Misstrauen in die Unvoreingenommenheit muss vielmehr in objektiver Weise begründet erscheinen. Es müssen Umstände vorliegen, die bei objektiver Betrachtung den Anschein der Befangenheit und Voreingenommenheit erwecken. Für die Ablehnung wird dagegen nicht verlangt, dass der Richter tatsächlich befangen ist (<ref-ruling> E. 2.1 S. 229 mit Hinweisen).
2.3 Helen Leimbacher hörte die Kinder des Beschwerdeführers im Rahmen ihrer beruflichen Tätigkeit als diplomierte Sozialpädagogin bei der Jugend- und Familienberatung des Bezirks Brugg an. Die Vormundschaftsbehörde hatte über die Pflegeplatzierung zu entscheiden und wollte diesbezüglich die Aussagen und Wünsche der Kinder berücksichtigen. Sie ordnete deshalb neben einer Anhörung der Kinder durch ihren Beistand eine weitere durch Helen Leimbacher an. Die am 8. Juni 2009 mit den drei Kindern einzeln durchgeführten Anhörungen dauerten 15, 20 und 25 Minuten. Eine zusätzliche fand mit dem jüngsten Kind am 22. September 2011 im Rahmen einer Abklärung bezüglich einer Umplatzierung statt und dauerte 45 Minuten. Aus den bei den Akten befindlichen Protokollen ergibt sich, dass dabei jeweils weder die Tat noch die Beziehung zum Vater direkt thematisiert wurde. Im Zentrum stand die Befindlichkeit der Kinder an ihrem provisorischen Pflegeplatz und ihre Wünsche in Bezug auf eine definitive Platzierung. Den Protokollen angefügt sind zudem Einschätzungen zur Notwendigkeit einer psychologischen Unterstützung. Hinweise auf die Tat bzw. den beschuldigten Vater bestehen nur am Rande. So erzählten die Kinder etwa, "es" sei jetzt zwei Monate her, oder, sie würden sich wünschen, "das" sei nie geschehen. Das jüngste der drei Geschwister wurde zudem auf die Besuche beim Vater in der Strafanstalt angesprochen, worauf es abweisend reagiert und gesagt haben soll, diese gefallen ihr nicht besonders.
Auch wenn sich Helen Leimbacher mit den Opfern der Straftat befasst hat, ging es mithin bei den Anhörungen nicht um die Straftat selbst. Die vorliegende Situation unterscheidet sich in dieser Hinsicht vom Sachverhalt in <ref-ruling>, wo der Ersatzrichter einer Kassationsinstanz als Journalist einen Zeitungsartikel über die erstinstanzliche Verhandlung geschrieben hatte. Helen Leimbacher hatte auch nicht die Funktion einer Betreuerin oder Beraterin oder war sonstwie dazu berufen, die Interessen der Opfer zu vertreten (vgl. in dieser Hinsicht die in <ref-ruling> zusammengefasste Rechtsprechung zur Befangenheit nebenamtlicher Richter, welche als Anwalt in einem anderen Verfahren eine der beiden Parteien oder deren dortige Gegenpartei vertreten). Die Kontakte waren zudem zeitlich beschränkt.
Der blosse Umstand, dass ein Richter indirekt mit dem zu beurteilenden Sachverhalt in Kontakt gekommen ist, reicht für sich allein nicht aus, um einen Anschein der Befangenheit zu wecken (vgl. <ref-ruling> E. 2c/bb S. 39). Weitere Umstände, welche einen Ausstandsgrund schaffen könnten, sind nicht ersichtlich und werden auch nicht geltend gemacht. So wird von keiner Seite behauptet, dass sich Helen Leimbacher je in einer Form zur Strafsache geäussert hätte, welche deren Ausgang nicht mehr als offen erscheinen liesse (vgl. <ref-ruling> E. 2.4 S. 242 ff. mit Hinweisen). Schliesslich ist auch das vom Beschwerdeführer angeführte Urteil des Europäischen Gerichtshofs für Menschenrechte (EGMR) in der Sache Hanif und Kahn gegen das Vereinigte Königreich nicht mit dem vorliegenden Fall vergleichbar. Damals hielt der EGMR einen als Jurymitglied amtierenden Polizisten für befangen, weil dieser im betreffenden Fall über die Glaubhaftigkeit der Aussage eines Berufskollegen hatte entscheiden müssen (Urteil Hanif und Kahn gegen das Vereinigte Königreich vom 20. Dezember 2011, Beschwerde-Nrn. 52999/08 und 61779/08, §§ 138 ff., insbesondere § 148). Eine derartige Konstellation liegt hier nicht vor.
Insgesamt ergibt sich somit, dass die Rüge des Beschwerdeführers unbegründet ist.
3. Die Beschwerde ist abzuweisen.
Der Beschwerdeführer ersucht um unentgeltliche Prozessführung und Rechtsverbeiständung. Da die gesetzlichen Voraussetzungen erfüllt sind, kann dem Gesuch entsprochen werden (<ref-law>).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen.
2. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege wird gutgeheissen.
2.1 Es werden keine Gerichtskosten erhoben.
2.2 Rechtsanwalt Franz Hollinger wird zum unentgeltlichen Rechtsbeistand ernannt und für das bundesgerichtliche Verfahren aus der Bundesgerichtskasse mit Fr. 1'000.-- entschädigt.
3. Dieses Urteil wird den Parteien, dem Obergericht des Kantons Aargau, Beschwerdekammer in Strafsachen, und dem Bezirksgericht Brugg schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 27. März 2013
Im Namen der I. öffentlich-rechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Das präsidierende Mitglied: Aemisegger
Der Gerichtsschreiber: Dold