Екатерина родилась 24 января 1978 года в Москве.
После школы Екатерина поступила на подготовительные курсы во ВГИК. В 1999 году окончила высшее театральное училище им. М.С. Щепкина с красным дипломом (актерский факультет, мастерская Н.Н. Афонина). Режиссер Борис Морозов предложил ей роль Дездемоны в спектакле "Отелло", который ставили в Центральном академическом театре Российской армии.
Дебют Климовой в кинематографе состоялся в 2001 году - она снялась в эпизодической роли Жанны д’Альбре в трагикомической фантасмагории Карена Шахназарова "Яды, или Всемирная история отравлений".
Первую большую роль 23-летняя актриса получила в авантюрно-криминальном телесериале "Игры в подкидного", изобиловавшем эротическими сценами.
Климова играла в фильмах "Грозовые ворота" и "Антикиллер Д. К.", в сериалах "Бедная Настя", "Побег", "Точка кипения". Одной из самых запоминающихся в исполнении Климовой стала роль медсестры Нины Поляковой в дилогии "Мы из будущего".