Екатерина Антоненко родилась в г. Москве. В 2004 окончила Академическое музыкальное училище при Московской консерватории (педагог И.М. Усова), в 2009 — Московскую консерваторию по специальности хоровое дирижирование (класс профессора В. В. Суханова), В 2012 — аспирантуру историко-теоретического факультета Московской консерватории (научный руководитель доцент Р. А. Насонов). В 2010 выиграла конкурс на стипендию ДААД, позволившую ей стажироваться в Германии: сначала в Высшей школе музыки и театра им. Ф. Мендельсона-Бартольди в Лейпциге, затем в Высшей школе музыки и танца в Кельне в классе профессора М. Крида. В 2013 защитила кандидатскую диссертацию на тему «Церковная музыка Бальдассаре Галуппи: проблемы изучения и исполнения».

Принимала участие в мастер-классах Фридера Берниуса (2010, Дания), Марка Минковского (2011, Франция), Ханса-Кристофа Радемана («Баховская академия» 2013, Германия). Является лауреатом VI Международного конкурса молодых хоровых дирижеров (Венгрия, 2011). Стипендиат фонда «Noel Minet Fund» 2011 года.

В 2006 основала вокальный ансамбль «INTRADA», художественным руководителем и дирижером которого является по сей день. Ансамбль, специализирующийся на исполнении старинной музыки, ведет активную концертную деятельность. Коллектив выступил с концертами в зале им. П. И. Чайковского Московской Государственной филармонии, Большом, Малом и Рахманиновском залах Московской консерватории, Концертном зале Мариинского театра и Малом зале Санкт-Петербургской филармонии, Светлановском и Камерном залах Московского Дома Музыки, во мнрогих городах России и за рубежом.

Сотрудничает с ведущими европейскими коллективами. В 2011 году по приглашению Питера Филлипса дирижировала знаменитым ансамблем «The Tallis Scholars» в Christ Church Cathedral в Оксфорде. В составе Кельнского камерного хора под руководством П. Ноймана гастролировала во Франции, Норвегии и Германии. Дирижировала Штутгартским камерным хором в концерте 31 июля 2014 в Вэзон-ля-Ромэн (Франция). В 2015 ассистировала в работе над сочинением «Стихи покаянные» А. Шнитке Камерного хора РИАС (Берлин) под руководством Ханса-Кристофа Радемана. Участвовала в подготовке Дрезденского камерного хора для выступления на фестивале «Wratislawia Cantans» (Вроцлав, Польша, 2015) под управлением Пола Гудвина (Великобритания) и к концерту памяти жертв «Хрустальной ночи» 1938 года (в 2018).

В 2019 участвовал в подготовке выступления хора Europa Chor Akademie под управлением Шарля Дютуа на фестивале Марты Аргерих в Ляйсхалле (Гамбург). В 2022 году гастролировала в Израиле и осуществила аудиозапись с хором PaTRAM (США

C 2012 — преподаватель кафедры хорового дирижирования Московской государственной консерватории («История хоровой литературы», «Чтение хоровых партитур»), а с 2014 — кафедры истории и теории исполнительского искусства («Основы интерпретации старинной вокальной музыки»).

С октября 2022 — главный хормейстер Пермского академического театра оперы и балета имени П.И. Чайковского.