Родилась 7 декабря 1910 г. (24 ноября по старому стилю) в г. Вышнем Волочке Тверской губернии (ныне одноименная область) в семье рабочих. Ее отец погиб на фронте Первой мировой войны. Екатерину Фурцеву воспитывала мать, работавшая на ткацкой фабрике.
В 1935 г. Екатерина Фурцева окончила Высшие академические курсы Аэрофлота, в 1941 г. - Московский институт тонкой химической технологии им. М. В. Ломоносова, в 1948 г. – заочно Высшую партийную школу при Центральном комитете Всесоюзной коммунистической партии (большевиков) (с 1952 г. - Коммунистическая партия Советского Союза).
В 1924 г. вступила во Всесоюзный ленинский коммунистический союз молодежи (ВЛКСМ).
С 1928 г. работала ткачихой на ткацкой фабрике "Большевичка" в Вышнем Волочке.
В 1929-1930 гг. была первым секретарем Кореневского райкома комсомола Центрально-Черноземной области (ныне в Курской области).
В 1930 г. вступила в ВКП(б).
С 1930 по 1932 г. - первый секретарь Феодосийского горкома ВЛКСМ (г. Феодосия, Крымская АССР).
С 1932 г. - заведующая отделом Крымского обкома комсомола.
По окончании курсов Аэрофлота была направлена помощником начальника политотдела по комсомолу в Саратовский авиационный техникум.
В 1936-1937 гг. - инструктор отдела студенческой молодежи Центрального комитета ВЛКСМ в Москве.
Во время учебы в Московском институте тонкой химической технологии избиралась секретарем парторганизации вуза.
В 1941 г. - инструктор Молотовского райкома ВКП(б) в г. Куйбышеве (ныне Самара).
В 1942-1945 гг. - секретарь, в 1945-1948 гг. – второй секретарь, в 1948-1950 гг. – первый секретарь Фрунзенского райкома ВКП(б) Москвы.
С 25 января 1950 г. по 29 марта 1954 гг. - второй секретарь Московского горкома ВКП(б)-КПСС, курировала вопросы идеологии, культуры и науки. В начале 1950-х гг. участвовала в чистках московской парторганизации в ходе т. н. ленинградского дела (политический процесс над группой высших советских руководителей, в частности председателем Госплана СССР Николаем Вознесенским, сфабрикованный в 1949-1952 гг.).
В 1950-1962 и 1966-1974 гг. Екатерина Фурцева была депутатом Верховного Совета СССР III-V и VII-VIII созывов.
С 1952 г. - кандидат в члены, в 1956-1974 гг. - член ЦК КПСС.
С 29 марта 1954 г. по 26 декабря 1957 г. – первый секретарь Московского горкома КПСС. Сменила на этом посту Ивана Капитонова.
С 27 февраля 1956 г. по 4 мая 1960 г. - секретарь ЦК КПСС. Также с 27 февраля 1956 г. – кандидат в члены Президиума (с 1966 г. Политбюро) ЦК КПСС. В июне 1957 г. активно поддержала первого секретаря ЦК КПСС Никиту Хрущева во время безуспешной попытки части высших партийных руководителей (Вячеслав Молотов, Георгий Маленков, Лазарь Каганович и др.) отстранить его от власти.
С 29 июня 1957 по 31 октября 1961 г. Екатерина Фурцева входила в высшее руководство СССР, являясь членом Президиума ЦК КПСС. Была второй женщиной – членом Политбюро/Президиума компартии (первой в 1919 г. стала Елена Стасова).
С 4 мая 1960 г. по 24 октября 1974 г. занимала должность министра культуры СССР. В ее ведении находились театры, музыкальные и культурно-просветительские учреждения, литература и изобразительное искусство, до 1963 г. – кинопроизводство.
Весной 1974 г. Фурцеву обвинили в злоупотреблении служебным положением при строительстве подмосковной дачи. Ее дело рассматривал Комитет партийного контроля при ЦК КПСС. Планировалась отставка министра культуры, обсуждался вопрос об исключении из партии.
24 октября 1974 г. Екатерина Фурцева скончалась в Москве. Похоронена на Новодевичьем кладбище столицы.
Была награждена четырьмя орденами Ленина (1957, 1960, 1967, 1970), а также орденами Трудового Красного Знамени и "Знак Почета".
Вела дневниковые записи, которые впервые были опубликованы в 2016 г. по названием "Я плачу только в подушку". Откровения "первой леди СССР".
Дважды была замужем. В 1936-1942 гг. ее первым супругом был летчик-инструктор Петр Битков. С 1957 г. состояла в браке с заместителем министра иностранных дел СССР Николаем Фирюбиным. Дочь от первого брака - Светлана Фурцева (1942-2005), журналист, работала в Агентстве печати "Новости".