После окончания общеобразовательной средней школы Екатерина поступила на подготовительные курсы во ВГИК. В 1999 году окончила с красным дипломом актёрский факультет Высшего театрального училища имени М. С. Щепкина (мастерская Н. Н. Афонина).
Екатерина Климова на сцене театра.
По окончании училища Климова была приглашена режиссёром Борисом Морозовым в Центральный академический театр Российской армии на роль Дездемоны в спектакле «Отелло». В 2001 году за эту роль актриса получила премию «Хрустальная роза Виктора Розова» в категории «Актёры до 30-ти лет».
Екатерина Климова - лицо компании TOUS в России.
Преподавала сценическую речь и актёрское мастерство в детском модельном агентстве, работала в рекламе на радио и телевидении. Песни в исполнении Екатерины звучат в телесериалах «Игры в подкидного», «Бедная Настя» (романс «О, если б грусть моя…»), «Точка кипения», в мюзикле «Бюро счастья», снималась в киножурнале «Фитиль». Работала в «Театральной компании Сергея Виноградова»; участвует в театральных проектах П. А. Штейна и играет в антрепризе.
Одна из первых ролей в фильме "Яды, или Всемирная история отравлений".
Дебют Климовой в кинематографе состоялся в 2001 году, когда она снялась в эпизодической роли Жанны д’Альбре в трагикомической фантасмагории Карена Шахназарова «Яды, или Всемирная история отравлений». Первая большая роль ожидала 23-летнюю актрису в том же году в авантюрно-криминальном телесериале «Игры в подкидного», где приключения молодой любовницы изобиловали эротическими сценами. Впоследствии Климова часто исполняла на экране и сцене роль возлюбленной или жены со своим вторым супругом, актёром Игорем Петренко («Мы из будущего 2», «Мечты из пластилина», «Московские окна», «Грехи отцов», «Отмена всех ограничений»), а среди издержек актёрской профессии с сожалением упоминала о том, что «ты должна с каким-то чужим человеком лежать в постели и изображать любовь».
Екатерина Климова в сериале "Каменская".
Климова сыграла в фильмах «Грозовые ворота» и «Антикиллер Д. К.», в сериалах «Бедная Настя», «Побег», «Точка кипения», «Моя Пречистенка», «Каменская», «Грозовые ворота».
Екатерина Климова сыграла Нину Полякову в фильме "Мы из будущего".
Одной из самых запоминающихся стала роль медсестры Нины Поляковой, сыгранная Климовой в дилогии «Мы из будущего» (фильмы «Мы из будущего» и «Мы из будущего 2»). В этом фильме Климова исполнила романс «За всё спасибо, добрый друг…» на стихи Елизаветы Стюарт, ставший широко популярным и совсем скоро оказавшийся для актрисы пророческим. Тембр голоса Климовой оценивался музыковедами как мягкий, бархатный, экстраординарно тёплый. В 2012 году под вокал Климовой и музыку Ивана Бурляева (включая рэповый фрагмент) фигуристами и бывшими супругами Татьяной Навкой и Александром Жулиным был исполнен ностальгический танец воспоминаний в рамках телевизионного шоу «Ледниковый период. Кубок профессионалов».
Екатерина Климова в фильме "Матч".
Кадр из фильма "Матч".
В 2012 году артистка сыграла в исторической драме «Матч», главными героями которой были Сергей Безруков и Елизавета Боярская. Екатерине Климовой здесь была отведена второстепенная роль, с которой она прекрасно справилась. Съемки этой картины проходили в Украине.
В 2013 году сыграла одну из главных ролей — преуспевающей и удачливой телеведущей в фильме «Икона сезона». Персонаж Климовой — типичный гламурный обитатель глянцевых миров, праздно кочующий с одной модной тусовки на другую, но стремительно преображающийся с появлением в жизни настоящего сильного чувства.
Екатерина Климова и Гела Месхи в сериале "Волчье солнце".
В 2013—2014 году снималась во Львове в приключенческом шпионском сериале С. Гинзбурга «Волчье солнце», действие которого, основанное на исторических событиях, разворачивается в начале 1920-х годов на границе Советской России и Польши. Участие в этой картине оказались важным событием и в личной жизни актрисы: на съёмочной площадке она познакомилась со своим третьим мужем Гелой Месхи.
Летом 2014 года Первый канал показал трёхчастный сериал «Куприн», где Климова снялась в 4-серийной экранизации повести «Поединок» режиссёра Андрея Малюкова. Актрисе досталась психологически сложная роль второго плана — обольстительной, кокетливой и распутной хозяйки «коллекции пуговиц», искусительницы юного подпоручика Ромашова, рыцарски и трагически влюблённого в жену сослуживца. По оценке критики, Климова пронзительно и достоверно передала внутреннюю сущность фрустрирующего персонажа Раисы Петерсон; сильной стороной образа молодой, но уже бывалой совратительницы в дуэте с романтичным Никитой Ефремовым явились характерная для актрисы необузданная пассионарность, обжигающая игра глаз, чувственный язык жестов и почти балетная пластика. В сцене офицерского пикника Екатерина исполнила редко звучащий романс Е. Юрьева «Зачем любить, зачем страдать?», однако оперные высоты Климовой в этот раз не покорились.
Екатерина Климова в фильме "Григорий Р.".
С апреля по август 2014 года Екатерина в Санкт-Петербурге снималась в роли фрейлины Анны Вырубовой в историческом сериале режиссёра Андрея Малюкова «Григорий Р.», основанном на документальных свидетельствах о жизни Григория Распутина. При создании художественного образа фрейлины, ничем ни внутренне, ни внешне не похожей на себя, важной актёрской задачей для Климовой было не исказить судьбу и характер реального, оставившего след в летописях человека. В основе сценария фильма лежали, в частности, дневники персонажа Климовой — Анны Вырубовой. В кадре Екатерина носит подлинную обувь XIX века, её платья и костюмы шились по старинным лекалам. Наиболее ценными, исторически убедительными актёрскими работами картины, воплощающими силу и неукротимость русского духа, признаны пронизанные страстью и драматическим накалом роли Климовой и «сибирского старца» (Владимир Машков).
Екатерина Климова в сериале "По законам военного времени".
Во второй половине 2014 года Климова снималась на Украине в мелодраме «Влюблённые женщины» и батальной драме «По законам военного времени», действие которой разворачивается в ходе наступления немецко-фашистских войск на Киев летом и осенью 1941 года, актриса — в роли следователя особого отдела. Особенностью продолжавшихся полгода в Киеве съёмок были их экстремальные условия: актёры регулярно находились в холодном подвале и «дышали плесенью в невыносимых условиях». В Москве Екатерина снималась в сериале «Люся Гурченко». В Санкт-Петербурге Климова участвовала в кинопроекте «Чума. Новая сага о 1990-х». В 2015 году снималась в Москве в мистическом детективе «Опекун».
Екатерина Климова.
В сезоне 2014—2015 годов играла в спектаклях «Боинг-Боинг», «Заговор по-английски» по пьесе Э. Скриба «Стакан воды», а также главную роль в спектакле «Мастер и Маргарита» Театра им М. А. Булгакова (режиссёр Сергей Алдонин). Весной 2015 года, по словам исполнителя роли Мастера актёра Михаила Химичёва, в мизансцены были внесены коррективы в связи с четвёртой беременностью Климовой.
В ноябре 2015 года, после рождения четвёртого ребёнка, актриса попробовала себя в новом амплуа — озвучила одного из персонажей мультфильма «Маленький принц».
17 ноября 2015 года Климова впервые после рождения четвёртого ребёнка появилась на публике и приняла участие в выпуске телепередачи «Вечерний Ургант» по случаю премьеры на Первом канале сериала «Влюблённые женщины».
Екатерина Климова.
Своим любимым режиссёром Климова называет Андрея Малюкова, доверившего ей такие разноплановые роли, как санитарка Нина («Мы из будущего»), Анна Вырубова (сериал про Распутина), Раиса Петерсон (телесериал «Куприн»). Вместе с тем, критиками отмечалось, что выбор ролей для Екатерины основан, прежде всего, на внешней привлекательности персонажа, а когда требуется «выпрыгивать из окопа, ползать под пулями и подрываться на мине», то при исполнении трюков Климову дублирует профессиональная каскадёрша.
Среди актёров, оказавших на неё влияние, Екатерина особо выделяет Владимира Машкова, Ингеборгу Дапкунайте, Андрея Смолякова.
В одном из интервью 2015 года Климова сожалела, что так и не стала актрисой фестивального кино. Иностранными языками Климова не владеет.
Первый муж — ювелир Илья Хорошилов, с которым Климова познакомилась ещё будучи школьницей. Супруги развелись в 2004 году. От этого брака Екатерина имеет дочь — Елизавету Хорошилову (род. 2002).
Екатерина Климова и Игорь Петренко.
Екатерина Климова и Игорь Петренко.
Второй муж — актёр театра и кино Игорь Петренко, учился в «Щепке» на курс младше. Роман с Петренко у Екатерины начался в 2003 году, когда их обоих пригласили на съёмки сериала «Лучший город Земли». По сценарию у Климовой и Петренко был серьезный роман, который закончился свадьбой. В жизни случилось так же. Климова и Петренко, играя любовь в кадре, влюбились друг в друга, но после окончания съемок каждый вернулся к своим вторым половинам.
Пара поженилась 31 декабря 2004 года. Прожили почти 10 лет, брак фактически распался летом 2013 года. 10 июля 2014 года Тверской районный суд города Москвы оформил развод. От этого брака Екатерина имеет двоих сыновей: Матвея Петренко (род. 2006) и Корнея Петренко (род. 2008). С ноября 2013 года Екатерина с детьми живёт в коттеджном посёлке Павлово по Новорижскому шоссе в Подмосковье. Впоследствии бывший супруг сохранил за ней и московскую квартиру.
Семья Екатерины Климовой и Игоря Петренко.
Екатерина со своими детьми.
В одном из интервью Климова отметила, что в первую очередь чувствует себя мамой, и лишь затем — актрисой. Важными для женщины качествами она считает умение быть мудрой, сообразительной, доверять интуиции и слышать прежде всего голос своего сердца, а не разума; себя признаёт «ревнивой до умопомрачения». Многие годы актёрская семья Климовой и Петренко считалась в прессе образцовой, регулярно освещалась в глянцевых журналах и на телевидении. Оценивая распад казавшегося крепким брака, Екатерина публично попросила прощения «у всех, кто верил в нашу любовь, брал с нас пример»; Игорь Петренко в интервью для СМИ возложил на себя значительную долю вины за случившееся, постфактум охарактеризовал бывшую супругу по страсти как «настоящую хищницу», нисколько не похожую на овечку, упомянул о кратком флирте Екатерины с музыкантом Романом Архиповым в Лас-Вегасе, но в то же время выразил мнение, что «лучше неё, наверное, нет матери и жены на этом свете».
Екатерина Климова и Гела Месхи.
5 июня 2015 года Екатерина вышла замуж за актёра Гелу Месхи, с которым она некоторое время жила в фактическом браке. В сентябре 2015 года родила дочь Изабеллу (Беллу).
Екатерина Климова.
С детства Екатерина любила меха, украшения, яркие наряды «чем вычурнее — тем лучше», белое и жёлтое золото, камни — сапфир, бриллиант и изумруд. Климова охотно прыгает с парашютом, летает на параплане, гоняет на мотоцикле, занималась фигурным катанием, лёгкой атлетикой. Любимые места отдыха актрисы — Бали, Барселона.