Екатерина Семенова родилась 18 апреля 1971 года в поселке Монино Щелковского района, недалеко от Москвы. Отец будущей актрисы Тенгиз Александрович – режиссер документальных фильмов, в настоящее время Заслуженный деятель искусств России. Мать Наталья Орлова работала художником-мультипликатором. Для одного из своих персонажей – Алисы Селезневой из анимационного фильма Романа Качанова "Тайна третьей планеты" – Наталья срисовала внешность маленькой дочери.
Неудивительно, что у Екатерины, выросшей в творческой семье, желание стать актрисой появилось не спонтанно. С раннего детства ее интересовал мир кино, а в школьные годы она начала посещать занятия в театральной студии. Здесь юная Катя училась с удовольствием, тогда как общеобразовательная программа ее не увлекала вовсе. Девочке даже грозило остаться на второй год в выпускном классе, если бы не спасительное решение в ее пользу на прослушивании в Школе-студии МХАТ. Именитым родителям Семеновой впервые пришлось просить о благосклонности к дочери. Когда аттестат о среднем образовании был получен, Катя Семенова стала студенткой одного из ведущих театральных вузов. Здесь хлопотать ради нее не приходилось: с первых дней учебы она все больше удивляла преподавателей, не оставляя сомнений насчет своего таланта. Уже на втором курсе начинающая актриса активно выступала на театральной сцене. В стенах родного МХАТа она исполнила главную роль в постановке "Ундина", а в Московском театре "Современник" принимала участие в спектакле "Три сестры" по пьесе А. П. Чехова. К труппе "Современника" Семенова присоединилась в 1992 году, но спустя десять лет перешла в Театр имени А. П. Чехова, где работает до сих пор.
Кинематографический дебют Семеновой состоялся в 1983 году, когда ей досталась небольшая роль в музыкальной комедии Карена Шахназарова "Мы из джаза". Затем последовало несколько малозаметных ролей в фильмах "Мужские портреты", "Лестница", "Хищники", "Одна на миллион", "Пленники удачи" и др. Широкую известность и зрительское признание актрисе удалось получить лишь в 2002 году, после выхода на телеэкраны многосерийной мелодрамы Владимира Краснопольского и Валерия Ускова "Две судьбы". Режиссер Усков лично боролся за то, чтобы Семенова получила одну из главных ролей. Он не ошибся в выборе: героиня Вера в ее исполнении полюбилась миллионной аудитории. С тех пор актрису стали все чаще приглашать на съемки телепроектов. Екатерину можно увидеть в таких сериалах, как криминальный детектив "Граф Крестовский", боевик "Игра на выбывание", мелодрама "Банкирши", два продолжения "Двух судеб", три сезона "Маруси" и др. Среди полнометражных фильмов, где снималась Семенова, наиболее заметными стали телевизионная драма Анны Фенченко "Так бывает", украинская лента "Психопатка", картина Феликса Герчикова "Пикап: Съем без правил", драматический фильм "Сердца бумеранг" и приключенческая история "Варвара 3D", вышедшая в 2012 году. Кроме того, Екатерина Семенова озвучивала персонажей ряда короткометражек и мультипликационных картин, а также испытала себя в экстремальных условиях в успешном проекте Первого канала "Последний герой". У актрисы есть сын и дочь от двух разных отцов. В настоящее время она не замужем.
