Екатерина Варнава окончила гуманитарный факультет Московского института стали и сплавов по специальности "Юриспруденция" в 2006 году. С 21 ноября 2008 года она выступает актрисой и хореографом в юмористическом шоу "Comedy Woman" на телеканале ТНТ. В том же году дебютировала в кино с небольшой ролью в сериале "Универ".

В 2012 году Варнава получила первую главную роль в фильме "8 первых свиданий". В 2022 году актриса снялась обнажённой в сериале "Фандорин. Азазель". Ранее она также участвовала в командах КВН "Сборная малых народов" и "Свои секреты".