Организатор, художественный руководитель и дирижёр вокального ансамбля «Intrada» (с 2006 года). С августа 2024 года — художественный руководитель Государственного академического русского хора им. А.В. Свешникова.
Окончила Академическое музыкальное училище при Московской консерватории (2004, класс Ирины Усовой) и Московскую консерваторию по специальности «хоровое дирижирование» (2009, класс профессора Владимира Суханова), а также аспирантуру историко-теоретического факультета МГК (2012, научный руководитель ― доцент Роман Насонов). С 2010 по 2012 годы стажировалась в Высшей школе музыки и танца в Кёльне в классе профессора Маркуса Крида. Принимала участие в мастер-классах Фридера Берниуса, Марка Минковски, Ханса-Кристофа Радемана.
Лауреат VI Международного конкурса молодых хоровых дирижёров (Венгрия, 2011). С 2012 года — педагог Московской консерватории. В 2013 году защитила кандидатскую диссертацию на тему «Церковная музыка Бальдассаре Галуппи: проблемы изучения и исполнения».
В 2022–2024 годах занимала пост главного хормейстера Пермского академического театра оперы и балета. В качестве хормейстера работала над постановками опер «Летучий голландец» Вагнера, «Бал-маскарад» Верди, «Человеческий голос» Пуленка–Горлинского, «Тоска» Пуччини, «Похождения повесы» Стравинского, «Пиковая дама» Чайковского, а также балета «Ярославна» Тищенко.
Екатерина Антоненко регулярно сотрудничает с ведущими европейскими коллективами. В 2011 году дирижировала ансамблем «The Tallis Scholars» Питера Филлипса в кафедральном соборе в Оксфорде, в 2014 году — Штутгартским камерным хором в Везон-ла-Ромен (Франция). В 2015 году ассистировала Хансу-Кристофу Радеману в работе Камерного хора RIAS (Берлин) над сочинением «Стихи покаянные» Шнитке. В том же году была приглашена подготовить Дрезденский камерный хор для выступления на фестивале «Wratislawia Cantans» (Вроцлав, Польша) под управлением Пола Гудвина, в 2018 году — к концерту памяти жертв «Хрустальной ночи» 1938 года под управлением Ханса-Кристофа Радемана. В 2019 году подготовила «Europa Chor Akademie» к выступлению на фестивале Марты Аргерих в Ляйсхалле (Гамбург) под управлением Шарля Дютуа. В 2022 году осуществила гастроли в Израиль и аудиозапись «Всенощного бдения» Рахманинова вместе с хором PaTRAM (США).