Екатерина Агафонова родилась во Владивостоке. Она получила образование в Приморском краевом колледже искусств, где изучала академическое пение под руководством З.М. Ермаковой. Затем продолжила обучение в Санкт-Петербургском институте музыки, театра и хореографии РГПУ им. Герцена, который окончила в 2021 году по специальности «Сольное оперное пение» в классе народной артистки СССР Л.А. Шевченко, получив дипломы бакалавра и магистранта с отличием. Агафонова является лауреаткой множества международных конкурсов. Среди её достижений — Гран-При Международного фестиваля Europa Art в 2018 году в Хельсинки, первая премия на VI Всероссийском конкурсе вокального мастерства памяти А. Варламова в Москве в 2021 году, а также две первые премии и специальный приз на VIII Международном конкурсе имени Дж. Россини в Пезаро, Италия, в 2021 году за лучшее исполнение произведения данного композитора. Артистка активно выступает на концертах в Санкт-Петербурге и других городах России, исполняя широкий репертуар оперных партий как русских, так и зарубежных композиторов. С 2022 года Екатерина является солисткой петербургского театра «Зазеркалье», где исполняет роли Виолетты в «Травиате», Марфы в «Царской невесте», Снегурочки в «Снегурочке», Бригитты в «Иоланте», Фраскиты в «Кармен» и Голоса с неба в «Дон Карлосе».