Закончила школу при консерватории по классу фортепиано, занималась вокалом в колледже искусств, работала моделью в агентствах: Modus Vivendis, Prestieje, Лик.
В 2001 году поступила в ГИТИС, в мастерскую Л.Е.Хейфеца, окончила институт в 2004 году.
Дипломный спектакль: "Семейные ситуации" Б.Срблянович, реж. Дейано Николовска.
С 2004 года артистка театра "Школа современной пьесы".
На самом деле Екатерина Директоренко мечтала работать в театре «Сатирикон», и однажды ей удалось выступить перед Константином Райкиным с отрывком под названием «Бред вдвоем». Но знаменитый режиссер предложил ей участие в студенческих спектаклях и скромный оклад. Екатерина Директоренко отказалась, и предпочла остаться в «Школе современной пьесы»
В начале 2000-х годов Екатерина Директоренко начала сниматься в малобюджетных телевизионных проектах, а в 2011 году получила роли сразу в двух отечественных картинах: «Бездельники» и «Метро».
В 2012 году Екатерина Директоренко приняла участие в сюжете «Лгунья» в рамках спектакля «Подслушанное, подсмотренное, незаписанное». Руководитель театра Иосиф Райхельгауз признался в интервью, что ему попался самородок в лице Екатерины Директоренко.
Актриса встречалась с Артуром Смольяниновым, когда оба были еще никому не известными студентами. Они вместе жили более трех лет в гражданском браке.
Замужем за актером Кириллом Емельяновым. До Кирилла у Екатерины в течение двух лет был яркий роман с бизнесменом Дмитрием Соловьевым, который ее старше на 16 лет.
6 февраля 2011 г. у Кирилла Емельянова и Екатерины Директоренко родился сын Степан. 20 июня 2013 года родился второй сын-Василий.