Екатерина Варнава родилась 9 декабря 1984 года в Москве. Отец Владимир Петрович, — военный, мать, Галина Степановна, — врач-терапевт, два старших брата (Игорь и Алексей). Вскоре отец вместе с семьёй переезжает к новому месту службы — в ГДР. Там, в городе Вюнсдорф Катя жила до 7 лет. До 15 лет почти каждое лето посещала ДОК «Геолог», где уже ставила множество танцевальных номеров.

Окончила гуманитарный факультет МИСиС по специальности «Юриспруденция».

В 2013 году начала встречаться с экс-ведущим «Comedy Woman» Дмитрием Хрусталёвым. Намеревались пожениться, но через год пара объявила о разрыве отношений.

С 2003 года выступает за команду КВН «Свои секреты», с 2005 за «Сборную малых народов» в постоянном составе. Однако первое появление на телеэкране состоялось ещё в 2004 году за ту же «Сборную Малых Народов» в музыкальном конкурсе 1/4 финала сезона Премьер-лиги 2004 года (пока в качестве приглашенного участника).

Начиная с фестиваля Премьер-лиги сезона 2005 Екатерина Варнава играет за «Сборную Малых Народов» уже в постоянном составе. Всего в 2005 году команда сыграла в Премьер-лиге пять игр (включая фестиваль) и дошла до финала, в котором заняла четвёртое место. В этом же году «Сборная малых народов» приняла участие в фестивале «Голосящий КиВиН 2005» с внеконкурсным выступлением. Одновременно с выступлениями за «Сборную малых народов» в Премьер-лиге, Екатерина играет за «Свои секреты» в сезоне Высшей Украинской Лиги, где доходит до полуфинала.

По итогам Сочинского фестиваля КиВиН-2006 Екатерина Варнава вместе со «Сборной малых народов» приглашается в Высшую лигу КВН. Однако в первой же игре (1/8 финала) команду ждет неудача, и «Сборная Малых Народов» прекращает участие в сезоне 2006. Команда также принимает участие в Юрмальском фестивале КВН «Голосящий КиВиН 2006» с внеконкурсным выступлением, но в итоговую телевизионную версию не попадает. Впрочем, Екатерина Варнава и Мария Кравченко попадают в эфир благодаря участию в записи финальной песни фестиваля. В этом же году Екатерина в составе «Своих секретов» становится чемпионом лиги Поволжье после ничьей в финале с самарским СОКом.

После Сочинского фестиваля КиВиН-2007 «Сборная Малых Народов» фактически прекращает своё существование, и с этого момента Екатерина Варнава играет только за команду «Свои секреты», которая теперь представляет Московский финансово-юридический университет (до 2007 МИСиС). «Свои секреты» попадают в телевизионную версию фестиваля, а также приглашаются в сезон Высшей лиги 2007. Центральными актрисами команды являются Екатерина Варнава и Мария Кравченко, которые также принимают участие в записи финальной песни фестиваля. В своей игре на этапе 1/8 финала команда «Свои секреты» занимает четвёртое место, прекращает участие в сезоне Высшей лиги и переходит в Премьер-лигу. В четвертьфинале Премьер-лиги «Свои секреты» занимают третье место и не проходят в полуфинал. В этом же году Екатерина в составе «Своих секретов» с внеконкурсным выступлением попадает в телевизионную версию Юрмальского фестиваля «Голосящий КиВиН 2007».

Свой последний сезон в КВН Екатерина Варнава также играет за «Свои секреты». Как и в предыдущем году, команда в своей 1/8 финала занимает четвёртое место и прекращает участие в сезоне Высшей лиги 2008. На Юрмальском фестивале «Голосящий КиВиН 2008» «Свои секреты» повторяют судьбу «Сборной Малых Народов» в 2006: в итоговую телевизионную версию выступление команды не попадает, а Мария и Екатерина снова появляются в эфире во время исполнения открывающей и финальной песен фестиваля. Последнюю свою игру в КВН Екатерина Варнава сыграла в составе Сборной Москвы на Спецпроекте КВН 2008.

Принимала участие в КВН «Вне игры». Один раз как участница «Сборной Малых Народов» (выпуск № 14) и несколько раз как участница команды «Свои секреты» (выпуски № 11, 16—19, 21, 24, 26—27). Была ведущей выпуска № 15 (вместе с Александром Масляковым-младшим и Марией Кравченко).
Comedy Woman

В настоящее время выступает в «Comedy Woman» в образе «секс-символа шоу», а также занимается постановкой хореографических номеров.

В 2014 году стала ведущей украинского телевизионного проекта «Кто Сверху», заменив Ольгу Фреймут.