Екатерина Царёва родилась в Воронеже. Окончила Среднюю специальную музыкальную школу при Воронежской государственной академии искусств и Московскую государственную консерваторию имени П. И. Чайковского (2002, класс скрипки профессора Маринэ Яшвили, класс камерного ансамбля профессора Тиграна Алиханова).
Работала в Российском государственном симфоническом оркестре «Молодая Россия» под управлением Марка Горенштейна (1999–2001), оркестре Metro Philharmonic (2001–2002) и Государственном симфоническом оркестре «Новая Россия» под управлением Юрия Башмета (2002–2003). С 2003 года – артистка Российского национального оркестра.
Много выступает в камерных ансамблях, в том числе в составе Скерцо-квартета, созданного в 2004 году музыкантами РНО.