Екатерина Гусева родилась в 1976 году в Москве. В 1997 году окончила Высшее театральное училище имени Б. В. Щукина (курс Евгения Симонова). В том же году дебютировала в кино, сыграв главную роль в фильме Николая Лебедева «Змеиный источник».
В 1997–2001 гг. – актриса театра «У Никитских ворот» под руководством Марка Розовского, где играла в спектаклях «Бедная Лиза», «Доктор Чехов», «Романсы с Обломовым», «Любовь и жизнь убитого студента», «Убивец», «Утиная охота» и других.
В 2001–2003 гг. – актриса первого русского классического мюзикла «Норд-Ост» (Катя Татаринова). С 2003 года – актриса Театра имени Моссовета, в котором ее театральные работы пополнились ролями в спектаклях «Учитель танцев», «Странная история доктора Джекила и мистера Хайда», «В пространстве Теннесси У.», «Иисус Христос – суперзвезда», «Царство отца и сына», «Морское путешествие 1933 года», «Римская комедия (Дион)», «Идиот».
В числе наиболее заметных киноролей – Дина («Змеиный источник»), Лола («С днем рождения, Лола!»), Ольга Белова («Бригада»), Марго («Щит Минервы»), Марина Шведова («Небо и земля»), Лиза («Курсанты»), Ирина («Охота на Изюбря»), Августа Миклашевская («Есенин»), Анна («Танкер “Танго”»), Анна («Беглянки»), Наталья Трофимова («Жаркий лед»), Маргарита Полозкова («Вербное воскресенье»).
Играла главные роли в мюзиклах «Красавица и Чудовище» и «Звуки музыки», роль Екатерины II в мюзикле «Граф Орлов». Часто выступает в программах русских романсов в дуэте с Леонидом Серебренниковым, в концертах из цикла «Сказки с оркестром» с НАОРНИ России имени Н. П. Осипова.
Приняла участие в записи дисков «Норд-Ост: Избранное» (2002) и «7 подарков к Рождеству» (есни в переводе Георгия Васильева, 2004). В 2007 году выпустила сольный диск «Может быть, получится».
В 2009 году удостоена почетного звания «Заслуженная артистка РФ». Среди ее творческих достижений также номинация на премию «Золотая маска» (2003, лучшая женская роль в музыкальном спектакле «Норд-Ост»); приз «Лучшая актриса телесериала» («Бригада») на фестивале «Виват кино России» в Санкт-Петербурге (2004); премия «Чайка» за роль Люси Харрис в спектакле «Странная история доктора Джекила и мистера Хайда» (2005); премия «Музыкальное сердце театра» в номинации «Лучшая исполнительница роли второго плана» за роль Екатерины II в мюзикле «Граф Орлов» (2012) и другие.