Екатерина Варнава родилась 9 декабря 1984 года. Закончила гуманитарный факультет МИСиС по специальности «Юриспруденция».

С 2003 выступает за команду «Свои секреты», с 2005 за «Сборную Малых Народов» в постоянном составе. Однако первое появление на телеэкране состоялось еще 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 5 игр (включая фестиваль) и дошла до финала, в котором заняла четвертое 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 свое существование, и с этого момента Екатерина Варнава играет только за команду «Свои секреты», которая теперь представляет МФЮА (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 четвертое 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 четвертое 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 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).

В настоящее время выступает в «Comedy Woman» в образе «секс-символа шоу», а также занимается постановкой хореографических номеров. Снималась в одной из серий ситкома «Универ» (серия 154) в роли самой себя, то есть участницы «Comedy Woman» Екатерины Варнавы.

Снялась для апрельского номера 2010 года русской версии мужского журнала «Maxim».