Екатерина Варченко родилась 18 июля 1989 года в украинском городе Прилуки Черниговской области. В Киеве в 2011 году окончила Национальный университет театра, кино и телевидения имени И. К. Карпенко-Карого, тучившись в мастерской Ю. Н. Мажуги.
В 2007 году стала актрисой Нового Драматического театра на Печерске, на сцене которого сыграла Анжелику в «Распутнике» Шмидта, Аню в «Salida Cruzda — 8 шагов танго», Верочку в постановке «Святою ночью» по Чехову, др. С 2013 года — артистка Молодого театра в Киеве.
Свою актерскую карьеру на телевидении Варченко начала в 2009 году со съемок в пятой части сериала «Возвращение Мухтара». Спустя два года зритель увидел актрису в эпизодической роли в мелодраматическом фильме «Арифметика подлости», где сыграли также Карина Андоленко, Агния Кузнецова, Алексей Комашко и другие артисты.
В 2012 году Екатерина поучаствовала в пяти телевизионных проектах, в том числе в совместном шоу кинокомпаний Prima-film, ISTIL studios & Tanarm Pictures и Film.ua «Женский доктор» с Ильей Носковым, Алёной Яковлевой, Андреем Финягиным, 8-серийном детективе «Защитница» с Екатериной Климовой и шестом сезоне ТВ-эпопеи «Сваты» с Фёдором Добронравовым, Татьяной Кравченко, Людмилой Артемьевой, Александром Феклистовым и др.
Спустя четыре года на телеэкраны вышла 24-серийная мелодрама «Хозяйка», срежиссированная Батой Недичем, известным по таким популярным проектам, как «Пока станица спит», «Тайны института благородных девиц», «Маршрут милосердия». В «Хозяйке» Варченко досталась ведущая роль — Наташи Суворовой, гордой и красивой матери-одиночки, работающей наравне с мужчинами на шахте.