Екатерина Директоренко родилась 20 мая 1984 года в белорусском городе Горки.
В детстве будущая звезда занималась вокалом в колледже искусств.
В 14 лет Екатерину пригласили в модельную школу. Она работала моделью в агентствах Modus Vivendis, Prestieje, «Лик».
В начале 2000-х по совету педагога из модельной школы девушка решила попробовать себя в качестве актрисы и поступила в ГИТИС, в мастерскую Л.Е. Хейфеца.
В 2003 году Екатерина дебютировала в кино, сыграв в картине «Сыщик без лицензии».
В 2004 году, окончив театральный вуз, Директоренко стала служить в Театре «Школа современной пьесы».
Среди ее театральных работ: «Люди древнейших профессий», «Па-де-де», «Мосты и радуги», «Бабий дом», «Русское варенье», «Москва. Психо», «А чой-то ты во фраке?, «Русское горе», «Медведь» и др.
Наиболее известными киноработами Директоренко являются роли в ленте «Метро» и сериале «Штрафбат».
В 2010 году Екатерина вышла замуж за звезду сериала «Кадество» Кирилла Емельянова. В 2011-м и 2013 годах у пары родились сыновья Степан и Василий. В 2016 году супруги развелись.
В 2019 году Екатерина Директоренко снялась в сериале «Толя-робот» на ТНТ.
В марте 2020 года Директоренко подала в суд на Емельянова, чтобы взыскать с него алименты на содержание общих детей.
В начале июля того же года стало известно, что Кирилл будет платить Екатерине 34 тысячи в месяц.
Супруг — Кирилл Леонидович Емельянов (в браке с 2010 г. до 2017 г.)
Сыновья — Василий и Степан