Родилась 7 января 1961 года в Москве. Родители умерли рано, и её воспитывала старшая сестра. С детства увлекалась музыкой и пением. В 1977 окончила музыкальную школу по классу фортепиано. Играла в ВИА Первомайского района Москвы. Работала бухгалтером, санитаркой и секретарём-машинисткой.
В 1980 году приняла участие в объявленном газетой «Комсомольская правда» и фирмой «Мелодия» Всесоюзном конкурсе молодых исполнителей «Золотой камертон». Екатерина прошла в финал при участии известного музыкального критика и редактора фирмы «Мелодия» Юрия Филинова. В финале исполнила песню Юрия Антонова «Весна» и по результатам голосования телезрителей получила Гран-при конкурса (1981). После победы получила приглашение работать в ансамбле «Девчата» Московской областной филармонии (1981—1982). С этим ансамблем Семёнова записала песню «Подруги замужем давно», ставшую её первым мега-хитом в 1986. В 1982 композитор Юрий Антонов пригласил Семёнову в свою только что организованную группу «Аэробус», где Екатерина солировала в 1982—1984.
Семёнова участвовала в телешоу для детей «Будильник», других детских программах, для которых записывала песни («Петя Чижиков летает», «Пони» и другие). В 1985 году на Московском фестивале молодёжи и студентов она также выступает с детскими коллективами (песни «Мир без чудес», «Большой хоровод»).
В 1984 г. Семёнова вышла замуж за музыканта группы «Арсенал» Андрея Батурина. Проявив незаурядные продюсерские способности, Батурин добился для жены телевизионных эфиров, сотрудничества с популярными авторами текстов и композиторами (Давидом Тухмановым, Игорем Николаевым, Виктором Дорохиным, Любовью Воропаевой). В 1985 певица неожиданно занимает 2-е место среди всех певиц СССР в хит-параде «Звуковая дорожка» (уступив только А.Пугачевой), по итогам 1986 года она 4-я, 1987 — 5-я. В 1986 Семёнова и Батурин создали группу «Алло».
Этот период (1986—1992) стал наиболее плодотворным с точки зрения создания образа Семёновой-звезды. Из певицы-травести, основой творчества которой был детский репертуар, Екатерина превращается в настоящую поп-звезду, популярную во всем СССР. В 1986 г. ЦТ раскручивает её старую песню «Подруги замужем давно». В Новогоднее представление 1987 г. включается песня «Школьница», в 1987 г. появляется песня «На минутку», которая становится лауреатом «Песни-87», в Новогоднем представлении 1988 в эфир выходит премьера песни «Последнее танго», которая также становится лауреатом «Песни-88». Начинают выходить сольные диски певицы. С 1989 г. Семёнова и Батурин становятся также авторами песен, которые исполняет певица. В 1991 они создают музыкально-экспериментальный театр «Катя».
В 1986 Семёнова в паре с Вячеславом Малежиком становится ведущей программы Главной редакции народного творчества ЦТ «Шире Круг», где выступали параллельно известные эстрадные артисты и представители художественной самодеятельности. Именно благодаря популярной паре ведущих телешоу стало занимать высокое место в рейтинге телепрограмм.
В 1991 г. Семёнова впервые снимается в кино. А в 1992 г. в Киеве играет главную роль психиатра в фильме режиссёра Оксаны Байрак «Оплачено заранее». На съёмках фильма Екатерина познакомилась с театральным артистом Михаилом Церишенко. Бурный роман приводит к разводу с первым мужем. Семёнова разрывает отношения с продюсерами и профессиональными композиторами. Она полностью переходит к авторскому творчеству. Исполняет песни собственного сочинения, снимается в кино, пишет музыку к фильмам, озвучивает и записывает песни ко многим кинофильмам, спектаклям, телепрограммам. Певица перестаёт появляться в музыкальных телешоу, исключение составляют «Рождественские встречи Аллы Пугачёвой»: «Купаюсь в любви как в шампанском» (1993), «Ангел-хранитель» (2000). Теперь Семёнова часто принимает участие в программах о театре: «Театр + ТВ», «Приют комедиантов».
Сейчас Екатерина Леонидовна работает композитором с певцами Алёной Апиной, Юлиаом, Ларисой Долиной, Светланой Лазаревой, Тамарой Гвердцители, Лолитой Милявской, Светланой Разиной, Ксенией Георгиади, Аликой Смеховой, Мариной Могилевской, Владимиром Маркиным и актёрами Виктором Раковым, Дмитрием Харатьяном, Николаем Караченцовым, Дмитрием Певцовым, Сергеем Варчуком, группой «Party».
1988 «Как назло»
1989 «Вечер вдвоём»
1990 «А жизнь меня кружила»
1992 «Десять трудных дорог»
1993 «В ожидании встречи»
1995 «Мама, я кажется влюбилась»
1996 «Всё хорошо»
2003 «Радость моя»
2007 «Это только моё»
Актриса
1991 «Хищники» — Катя, певица и любовница Эдуарда Авдонина
1992 «Оплачено заранее» — пьющий психиатр
2003 «Женщины в игре без правил»
2004 «Параллельно любви» — журналист
2006 «Точка» — мать Лопоухого
Автор музыки
2002 «Каменская 2»
2005 «Целуют всегда не тех» (Украина, Россия)
2004 «Любовь слепа»