Екатерина Вилкова родилась 11 июля 1984 года в Горьком. В 2003 году окончила Нижегородское театральное училище (мастерская Заслуженного деятеля искусств России В.Ф.Богомазова), а в 2006 – Школу-студию МХАТ (курс Сергея Земцова и Игоря Золотовицкого). Дебют в кино состоялся в 2005 году в сериале Михаила Шевчука «Сатисфакция». Кандидат в мастера спорта по художественной гимнастике.