Екатерина Гончарова окончила Санкт-Петербургскую государственную консерваторию имени Н.А. Римского-Корсакова и аспирантуру (класс заслуженной артистки России, доцента Г. Киселевой).
Во время обучения в консерватории стала лауреатом Всероссийского конкурса камерно-вокальных дуэтов «Три века классического романса» (2004) и Всероссийского конкурса оперных певцов «Санкт-Петербург» (2007). В 2007 году стала лауреатом I премии Международного конкурса молодых оперных певцов Елены Образцовой. В 2008 году – лауреатом I премии Международного конкурса оперных певцов Монтсеррат Кабалье (Сарагоса, Испания). В 2009 году Екатерина Гончарова стала солисткой Театра оперы и балета Санкт-Петербургской консерватории. Принимала участие в концертном исполнении оперы Бизе «Кармен» под управлением Мариса Янсонса (партия Микаэлы, 2008), в концертном исполнении оперы Римского-Корсакова «Царская невеста» при участии Сергея Лейферкуса и солиста Большого театра Вячеслава Почапского (Санкт-Петербург, Международный фестиваль «Под знаком вечности», дирижер Сергей Стадлер, 2010), в постановке спектакля «Евгений Онегин» в Театре «Опера Монте-Карло» (Партия Татьяны, 2010). В октябре 2010 года дебютировала на сцене Кёльнской филармонии (принимала участие в концерте с Монтсеррат Кабалье).
В сезоне 2011–2012 певица дебютировала на сцене Мариинского театра в партиях Татьяны («Евгений Онегин») и Микаэлы («Кармен»).
В 2012 году Екатерина Гончарова вошла в состав оперной труппы Мариинского театра.
Среди партий, исполняемых певицей в Мариинском театре: Иоланта («Иоланта»), Мария («Мазепа»), Татьяна («Евгений Онегин»), Наташа Ростова («Война и мир»), Микаэла («Кармен»). Также в репертуаре певицы партии Марфы («Царская невеста»), Агнессы («Орлеанская дева»), Мими («Богема»), Геновевы («Геновева»), Виолетты («Травиата»), Антонии («Сказки Гофмана»).
Гастролировала в России и Испании.