Екатерина Петрова окончила Самарскую государственную академию культуры и искусств (2013, класс Надежды Ильвес) и в том же году начала обучение в Центре оперного пения Галины Вишневской (класс Маквалы Касрашвили). На этой сцене исполняла партии в операх «Евгений Онегин» (Татьяна) и «Иоланта» (заглавная партия) Чайковского, «Кармен» Бизе (Мерседес). В настоящее время – солистка Центра.
Обладательница дипломов Международного конкурса юных вокалистов Елены Образцовой и детского вокального конкурса Сергея Лейферкуса «Мы поем оперу!» в Санкт-Петербурге (2008). Лауреат XXIII Международного конкурса молодых музыкантов имени Д. Б. Кабалевского в Самаре (2012, I премия), III Международного конкурса вокально-фортепианных дуэтов Pianovoce в Москве (2016).
С 2017 года – солистка Московского театра «Новая опера» имени Е. В. Колобова, на сцене которого выступает в партиях Татьяны («Евгений Онегин»), Маши («Щелкунчик. Опера» на музыку балета Чайковского), Маргариты («Фауст» Гуно), Жрицы («Аида» Верди), участвует в музыкальном дивертисменте «Россини».
В 2018 году дебютировала на сцене Большого театра России в партии Микаэлы («Кармен»). В настоящее время – приглашенная солистка ГАБТа.
