Ekaterina Antonenko studierte Chorleitung an der Moskauer Akademischen Musikhochschule und am Moskauer Tschaikowsky-Konservatorium . In den Jahren 2010-2012 erhielt Ekaterina ein DAAD-Stipendium für ein Studium an der Hochschule für Musik und Tanz Köln . Sie nahm an Meisterkursen bei Frieder Bernius, Marc Minkowski und Hans-Christoph Rademann teil. Im Jahr 2013 promovierte Ekaterina in Musikwissenschaft. Seit 2012 unterrichtet Ekaterina am Moskauer Tschaikowsky-Konservatorium.

2011 dirigierte Ekaterina auf Einladung von Peter Phillips The Tallis Scholars in der Christ Church Cathedral, Oxford. 2015 assistierte sie Hans-Christoph Rademann bei der Einstudierung der Bußpsalmen von Alfred Schnittke mit dem RIAS Kammerchor. Ekaterina unterrichtete den Dresdner Kammerchor für die Aufführung von Händels Alexander's Feast beim Wratislavia Cantans Festival 2015 und für das Gedenkkonzert zur Kristallnacht mit Werken von Schnittke und Samuel Adler in der Frauenkirche, Dresden 2018. 2019 unterrichtete Ekaterina die Europa Chor Akademie für den Auftritt beim Martha Argerich Festival in der Laeiszhalle unter Charles Dutoit. 

Am Thalia Theater führt sie die Musikalische Leitung (mit Uschi Korsch) bei Kirill Serebrennikovs Inszenierung von „Der schwarze Mönch".