Екатерина Мечетина родиласьв Москве в семье музыкантов. Обучалась в Центральной музыкальной школе при Московской консерватории (класс Тамары Колосс) и Московской государственной консерватории имени П. И. Чайковского (класс профессора Владимира Овчинникова), затем продолжила образование в ассистентуре-стажировке МГК (класс профессора Сергея Доренского). В годы учебы была стипендиатом фондов Владимира Спивакова и Мстислава Ростроповича, по приглашению последнего в 2004 году проходила стажировку в Париже.

Лауреат семи международных конкурсов пианистов, среди которых конкурс имени Ферруччо Бузони в Больцано (Италия) и Всемирный конкурс пианистов в Цинциннати (США, I премия и Золотая медаль). С 2007 года – солистка Московской филармонии.

Выступления пианистки проходили на всемирно известных сценах, среди которых зал Консертгебау (Амстердам), Ямаха-холл и Казальс-холл (Токио), Театр Елисейских Полей и Зал Гаво (Париж), Большой зал Миланской консерватории и Аудиториум (Милан), Зал Сесилии Мейрелес (Рио-де-Жанейро), Зал Элис Талли (Нью-Йорк) и другие (всего более 40 стран). Пианистка также активно концертирует в Москве и городах России.

В обширном репертуаре Екатерины Мечетиной – более 60 концертов для фортепиано с оркестром и множество сольных и камерных программ. Среди дирижеров, с которыми она сотрудничала, – Мстислав Ростропович, Владимир Спиваков, Владимир Федосеев, Саулюс Сондецкис, Юрий Симонов, Владимир Понькин, Дмитрий Лисс, Юрий Башмет, Максим Венгеров, Константин Орбелян, Дмитрий Ситковецкий, Александр Сладковский, Гинтарас Ринкявичюс, Александр Скульский, Лоуренс Фостер, Кристиан Бадеа, Барри Дуглас, Фабио Мастранджело.

В камерном ансамбле выступала с Родионом Щедриным, Владимиром Спиваковым, Дмитрием Ситковецким, Алексеем Уткиным, Александром Князевым, Александром Гиндиным, Борисом Андриановым, Александром Раммом и другими известными исполнителями. В 2007 году с Никитой Борисоглебским и Сергеем Антоновым организовала Трио солистов Московской филармонии.

Екатерина Мечетина принимала участие в крупных международных фестивалях, среди которых «Декабрьские вечера Святослава Рихтера», «Московская осень», Crescendo, фестиваль музыки Родиона Щедрина, «Русская зима» и Benois de la danse в Москве, «Звезды на Байкале» в Иркутске, фестиваль в Дубровнике (Хорватия), фестиваль Consonances и фестиваль в Лилле (Франция), Europalia в Бельгии.

Активно сотрудничает с современными композиторами – Родионом Щедриным (доверившим ей мировую премьеру Шестого фортепианного концерта), Алексеем Рыбниковым, Александром Чайковским, Толибхоном Шахиди, Ефремом Подгайцем, Кузьмой Бодровым, Олегом Пайбердиным и многими другими. Екатерине Мечетиной посвящен ряд сочинений для фортепиано соло, фортепиано с оркестром, камерных ансамблей.

С 2009 года преподает в Московской консерватории (с 2020 года – доцент). Регулярно проводит мастер-классы в разных городах и странах, в том числе в Летней творческой школе «Новые имена» в Суздале. Член жюри российских и международных конкурсов (в том числе телевизионного конкурса юных музыкантов «Щелкунчик», Международных Дельфийских игр, конкурсов в Астане и Сеуле). Автор передач «Дневник пианистки» и «Музыкальная азбука с Екатериной Мечетиной» на Радио «Орфей».

Записи пианистки выпущены фирмами Fuga Libera, «Империя музыки», «Мелодия». Один из последних релизов – альбом с концертами Шопена, записанный с оркестром Московской филармонии под управлением Юрия Симонова.

Екатерина Мечетина удостоена молодежной премии «Триумф», независимой премии «Парабола» Фонда имени Андрея Вознесенского, Премии Министерства иностранных дел РФ и фонда «Российские музы – миру», Премии Президента России для молодых деятелей культуры.

С 2013 года – президент Международного молодежного фестиваля искусств «Зеленый шум» (Сургут), в 2020–2021 гг. – художественный руководитель фестиваля «Притяжение музыки» (Нижнекамск, Альметьевск), с 2023 года – фестиваля «МОСТ» (Ростов-на-Дону).

Награждена почетным знаком Республики Саха (Якутия) «За укрепление мира и дружбы» (2015). Лауреат международного культурного фестиваля «Русский Рим» в номинации «За продвижение культуры в мире в области музыки» (2017). Удостоена почетных званий «Заслуженный деятель музыкального искусства» (2016) и «Заслуженная артистка Российской Федерации» (2018). В 2021 году журнал «Музыкальная жизнь» назвал Екатерину Мечетину «Персоной года».

Автор учебно-методического пособия о Втором фортепианном концерте Рахманинова и сборника пьес «Тетрадь Екатерины Мечетиной – Авторская сюита» (издательство «Композитор. Санкт-Петербург», 2022).

В 2011–2024 гг. входила в состав Совета по культуре и искусству при Президенте России. Активно участвует в общественной жизни, выступая защитником традиционной системы отечественного художественного образования.