Екатерина Антоненко окончила Академическое музыкальное училище при Московской консерватории (педагог — И. М. Усова) и Московскую государственную консерваторию (профессор — В. В. Суханов) по классу хорового дирижирования, а также аспирантуру историко-теоретического факультета Московской консерватории (научный руководитель — доцент Р. А. Насонов).
В 2010 году Екатерина выиграла конкурс на стипендию ДААД, позволившую ей стажироваться в Высшей школе музыки и танца в Кельне в классе профессора Маркуса Крида.
С 2012 года Екатерина — педагог Московской государственной консерватории.
В 2013 году защитила кандидатскую диссертацию на тему «Церковная музыка Бальдассаре Галуппи: проблемы изучения и исполнения».
В 2006 году основала вокальный ансамбль INTRADA, который в короткий срок стал одним из самых востребованных хоров российской концертной сцены и с успехом представлял нашу страну на европейских музыкальных фестивалях, таких как Дрезденский музыкальный фестиваль, концертная серия немецкого радио «Культура» в легендарном замке Вартбург, «Live From London», Штутгартский музыкальный фестиваль и др.
В 2022 году вокальный ансамбль INTRADA дебютировал на сцене Берлинской филармонии.
С октября 2022-го по август 2024-го — главный хормейстер Пермского академического театра оперы и балета им. П. И. Чайковского. Хормейстер-постановщик спектаклей: «Летучий голландец» Вагнера (режиссер Константин Богомолов), «Бал-маскарад» Верди (режиссер Владиславс Наставшевс), «Человеческий голос» Пуленка—Горлинского (режиссер Дмитрий Волкострелов), «Ярославна» Тищенко — все четыре в 2023 году; «Тоска» Пуччини (режиссер Федор Федотов), «Похождения повесы» Стравинского (режиссер Андрей Прикотенко) и «Пиковая дама» Чайковского (режиссер Владиславс Наставшевс) — все три в 2024 году.
С августа 2024 года — художественный руководитель Государственного академического русского хора им. А. В. Свешникова.