Екатерина Мечетина родилась в семье музыкантов. Отец — Мечетин Василий Серафимович, виолончелист, артист оркестра МГАСО под управлением Павла Когана, преподаватель виолончели в АМК при МГК имени П. И. Чайковского. Мать — Мечетина (в девичестве - Зубова) Ольга Евгеньевна, преподаватель фортепиано в том же колледже при консерватории. Екатерина начала играть в 4 года. В 5 лет впервые выступила на сцене. В 10 лет состоялся первый концерт в зале Центральной музыкальной школы. Тогда же стала обладательницей Гран-при на конкурсе «Премия Моцарта» в Вероне. В 13 лет стала лауреатом второй премии на 1-м юношеском конкурсе пианистов им. Ф. Шопена в Москве.
Екатерина закончила Центральную музыкальную школу при Московской консерватории, затем Московскую консерваторию. В 2004 году закончила обучение в аспирантуре под руководством Сергея Леонидовича Доренского.
В 2005 году на бельгийском лейбле «Fuga Libera» был издан альбом Екатерины Мечетиной с записью произведений Рахманинова.
Сейчас Екатерина выступает с сольными концертами, а также в качестве солистки с «Виртуозами Москвы», Национальным филармоническим оркестром России, Российским национальным оркестром.
В 2008, 2009 и 2010 годах Екатерина Мечетина была членом жюри конкурса «Щелкунчик».
С 2009 года пианистка принимает участие в ежегодном международном музыкальном фестивале «Crescendo».
25 июня 2011 года Президент РФ Дмитрий Анатольевич Медведев подписал Указ о присуждении премий Президента для молодых деятелей культуры 2010 года. В числе прочих Екатерине Мечетиной было присуждено почетное звание лауреата этой премии.
21 июля 2011 года объявлен новый состав Совета при Президенте РФ по культуре и искусству. В число участников совета вошла и Екатерина Мечетина.
В сентябре 2011 года Екатерина приняла участие в фестивале «Звезды на Байкале», организуемом Денисом Мацуевым. Она не только выступала как пианистка, но и как ведущая.
Сейчас Екатерина дает около 60 концертов в год. За все время концертной деятельности выступила не менее, чем в 40 странах мира.
Личности, которые, по мнению Екатерины, в наибольшей степени повлияли на ее творческую карьеру, это Владимир Спиваков, Родион Щедрин и Мстислав Ростропович. Родион Щедрин доверил первое исполнение своего шестого концерта именно Екатерине Мечетиной.
Екатерина Мечетина вне музыки увлекается горными лыжами.
Екатерина была доверенным лицом Владимира Владимировича Путина, избранного Президентом России на выборах 2012 года, в тот момент кандидата на этот пост.