Родилась 7 июня 1988 г. в Москве в семье Валерия и Ольги Макаровых.
В 2014 г. окончила кафедру теории и методики тенниса Российского государственного университета физической культуры, спорта, молодежи и туризма.
Екатерина Макарова начала заниматься теннисом в шестилетнем возрасте в детско-юношеской спортивной школе "Лужники". Впоследствии наставницей спортсменки была заслуженный тренер России Евгения Манюкова.
Екатерина Макарова выступала в профессиональных соревнованиях с октября 2004 г.
В 2008 г. в Мадриде (Испания) в составе сборной России выиграла Кубок Федерации - крупнейшие международные командные соревнования в женском теннисе. В финале россиянки нанесли поражение испанкам.
В 2009 г. вместе с Виталией Дьяченко стала победительницей парных теннисных соревнований на XXV Всемирной летней Универсиаде в Белграде (Сербия).
Екатерина Макарова выиграла три турнира Женской теннисной ассоциации (Women's Tennis Association, WTA) в одиночном разряде (2010, Истборн, Великобритания; 2014, Паттайя, Таиланд; 2017, Вашингтон, США).
Вместе с россиянкой Еленой Весниной трижды первенствовала на турнирах Большого шлема в парном разряде (2013, Париж, Открытый чемпионат Франции; 2014, Нью-Йорк, Открытый чемпионат США; 2017, Уимблдонский турнир, Великобритания). Помимо этого, неоднократно выигрывала турниры WTA в парном разряде: по одному разу - вместе с россиянками Алисой Клейбановой (2009, Фес, Марокко), Маргаритой Гаспарян (2019, Санкт-Петербург) и чешкой Луцией Градецкой (2018, Цинциннати, США), восемь раз - вместе с Еленой Весниной (в 2012 г. в Пекине и Москве; в 2013 г. - в американском Индиан-Уэллсе; в 2016 г. - в канадском Монреале и Сингапуре; в 2017 г. - в Дубае, ОАЭ, и канадском Торонто; в 2018 г. - в Мадриде).
В 2012 г. Екатерина Макарова вместе с бразильцем Бруно Соарешем первенствовала на Открытом чемпионате США в смешанном парном разряде.
14 августа 2016 г. вместе с Еленой Весниной стала чемпионкой XXXI летних Олимпийских игр в Рио-де-Жанейро (Бразилия) в парном разряде. В финальном матче россиянки нанесли поражение представительницам Швейцарии Тимее Бачински и Мартине Хингис.
28 января 2020 г. объявила о завершении карьеры.
На протяжении карьеры Екатерина Макарова в качестве призовых заработала более 13,2 млн долларов США.
Заслуженный мастер спорта России (2009).
Награждена орденом Дружбы (2016).