Екатерина Дементьева окончила РАТИ (ГИТИС), актерский факультет, мастерская В. А. Андреева.
В Московском драматическом театре имени М. Н. Ермоловой работает со второго курса института, с 1993 года.
Играла в спектаклях: "Калигула" - Гетера, "Вечер комедии" - Миссис Кесседи, "Сверчок на печи" - Мери, "Великая Екатерина" - Клэр, "Суббота, воскресенье, понедельник" - Мария-Каролина, "Обманщики" - Лина, "Пеппи Длинныйчулок" - Фру Лаура, "Исповедь начинающего" - Капитолина, "Перед заходом солнца" - Оттилия