Estudió en el Conservatorio de San Petersburgo. Cuando aún era estudiante, comenzó a actuar en el escenario del Teatro Mariinsky. Tiene un amplio repertorio. Fricka Die Walküre en la Ópera de Los Ángeles, Didon Les Troyens en el Teatro Mariinsky, en el Carnegie Hall, el Suntory Hall de Tokio, el Festival de Edimburgo y el Konzerthaus de Viena bajo la batuta de Valery Gergiev, Dalila Samson et Dalila y Laura La Gioconda en la Ópera de Roma , Ascanio Benvenuto Cellini en el Théâtre des Champs-Élysées con Valery Gergiev, Amneris Aida en La Scala de Milán con Gianandrea Noseda, en el Teatro San Carlo de Nápoles y en el Festival de Salzburgo con Riccardo Muti, Azucena Il Trovatore en el Palau de les Arts de Valencia con Zubin Mehta, en La Scala de Milán, en la Royal Opera House de Londres y en la Ópera de París, el papel principal de Carmen en las Arenas de Verona (estrenada en DVD), Giovanna Seymour Anna Bolena en la Staatsoper de Viena y, más recientemente, en Burdeos Opera, Eboli Don Carlo en el Festival de Salzburgo (editado en DVD) y en La Scala de Milán, Federica Luisa Miller en la Ópera de San Francisco, Lady Macbeth Macbeth en el Palau de les Arts de Valencia y en Los Ángeles (editado en DVD), Amneris Aída en la Ópera de San Francisco, Marina Boris Godunov, Santuzza Cavalleria Rusticana y Verdi Requiem en el Metropolitan Opera de Nueva York, Principessa di Bouillon Adriana Lecouvreur en el Teatro Mariinsky, el Festival de Baden-Baden y el Festival de Verbier (con Valery Gergiev), Cavalleria Rusticana en San Francisco.

Ekaterina Semenchuk también interpreta en concierto: El Réquiem de Verdi con Gustavo Dudamel, James Levine, James Gaffigan, Valery Gergiev, etc., Das Klagende Lied de Mahler en el Festival Ravinia con James Conlon, La Mort de Cléopâtre de Berlioz en el Concertgebouw de Ámsterdam, el Konzerthaus de Viena, el Festival de Lucerna, Giovanna d'Arco in Lucern de Rossini, las Sinfonías n° 2, 3 y 8 de Mahler, La Damnation de Faust y Les Nuits d'été de Berlioz y Shéhérazade de Ravel. También actúa en recitales en salas de conciertos como el Konzerthaus de Viena, el Wigmore Hall de Londres, el Musikverein de Viena, el Mariinsky Concert Hall, etc. Tiene grabado en CD el papel de Amneris Aída (Warner Classics), un recital de música rusa melodías (Harmonia Mundi), Edipo Rey con Valery Gergiev, la 9ª Sinfonía de Beethoven (Sony Classical) y obras de Sarti (Sony Classical).