В детстве Екатерина Волкова мечтала стать врачом, но позже увлеклась музыкой и театром. Она посещала хоровую студию «Калинка», окончила школу искусств по классу фортепиано и музыкальное училище по хоровому дирижированию. В 1995 году поступила в Ярославский театральный институт, а в 1997 году перевелась в ГИТИС, где сыграла Маргариту в спектакле «Мастер и Маргарита».

После окончания ГИТИСа Екатерина начала работать в театре имени Станиславского. Ее дебютом в кино стал фильм «Коллекционер» Юрия Грымова. За время карьеры она сыграла почти сотню ролей в театре и кино.