Родилась 15 августа 1945 г. в Москве в семье Сергея Александровича Васильева (1911-1975), известного поэта, и Олимпиады Витальевны Макаренко (1920-2001), племянницы педагога и писателя Антона Макаренко.
В 1967 г. окончила Всесоюзный государственный институт кинематографии (ныне Всероссийский государственный институт кинематографии им. С. А. Герасимова). Выпускница мастерской народного артиста СССР Владимира Белокурова.
После окончания института Екатерина Васильева была принята в труппу Московского драматического театра им. М. Н. Ермоловой, где служила до 1970 г. Участвовала в постановках "Стеклянный зверинец" по произведению Теннесси Уильямса и "Месяц в деревне" по пьесе Ивана Тургенева.
В 1970-1974 гг. - актриса Московского театра "Современник". Исполняла роли в спектаклях "Валентин и Валентина" по произведению Михаила Рощина и "Как брат брату" по пьесе Дэвида Рэйба.
В 1974-1987 гг. работала в Московском художественном академическом театре СССР им. М. Горького. Играла в постановках: "Эшелон" по произведению Михаила Рощина, "Иванов" и "Чайка" по пьесам Антона Чехова, "Дядюшкин сон" по повести Федора Достоевского, "Мы, нижеподписавшиеся" по произведению Александра Гельмана, "Господа Головлевы" по роману Михаила Салтыкова-Щедрина. В 1981-1988 гг. также сотрудничала с Московским драматическим театром "Сфера".
В студенческие годы Екатерина Васильева дебютировала в кино, сыграв небольшую роль в фильме режиссера Федора Филиппова "На завтрашней улице" (1965). Среди наиболее известных картин с участием Васильевой - "Бумбараш" по произведениям Аркадия Гайдара (1971, режиссеры Николай Рашеев и Абрам Народицкий), "Соломенная шляпка" по мотивам водевиля Эжена Лабиша (1974, Леонид Квинихидзе), "Обыкновенное чудо" по пьесе Евгения Шварца (1978, Марк Захаров), "Экипаж" (1979, Александр Митта), "Приключения Тома Сойера и Гекльберри Финна" по произведениям Марка Твена (1981, Станислав Говорухин), "Чародеи" (1982, Константин Бромберг).
В 1993 г. актриса временно оставила профессию и ушла послушницей в Толгский монастырь (г. Ярославль). В 1996 г. вернулась в кинематограф, сыграла в телесериалах Александра Муратова "Королева Марго" и Владимира Попкова "Графиня де Монсоро". В 2000 г. исполнила одну из главных ролей в фильме Олега Янковского и Михаила Аграновича "Приходи на меня посмотреть" по мотивам пьесы Надежды Птушкиной "Пока она умирала". Екатерина Васильева продолжает сниматься в кино. Последняя роль к настоящему времени - бабушка в фильме Сарика Андреасяна "Гудбай, Америка" (съемки состоялись в 2019 г.).
В 2014 г. участвовала в спектакле "Олимпия" по произведению Ольги Мухиной (Московский театр "Мастерская П. Н. Фоменко"). С 2015 г. играет в антрепризной постановке "Старая дева" по пьесе Надежды Птушкиной "Пока она умирала".
В августе 2021 г. стало известно, что Екатерина Васильева приняла монашеский постриг. Обряд прошел в Троице-Одигитриевском ставропигиальном женском монастыре Зосимова Пустынь в Новой Москве. Екатерина Васильева приняла монашеское имя Василиса.
Член Союза кинематографистов РФ.
Народная артистка РСФСР (1986).
Награждена орденом Почета (2010).
Лауреат театральной премии "Хрустальная Турандот" в номинации "Лучшая женская роль" (1994, Клитемнестра в спектакле Петера Штайна "Орестея", Центральный академический театр Российской армии), обладательница приза кинофестиваля "Созвездие" за лучшую женскую роль в фильме "Приходи на меня посмотреть" (2001).
Была дважды замужем. Первый супруг - народный артист РФ режиссер Сергей Соловьев (род. 1944). Вторым мужем был драматург Михаил Рощин (1933-2010). Сын - Дмитрий Рощин (род. 1973, настоятель московского храма святителя Николая на Трех Горах, протоиерей).