В 1937 г. Екатерина Дмитриева окончила Новгородский медицинский техникум и работала в Новгородской хирургической больнице. С началом войны с белофиннами была призвана в армию фельдшером батальона 320 стрелкового полка 11 стрелковой дивизии и прослужила в этом батальоне весь период боевых действий.
С 23 июня 1941 г. Е.С. Дмитриева – участница Великой Отечественной войны. Она – фельдшер отдельного мостостроительного батальона Тридцать четвертой Армии Северо-Западного фронта. Этот фронт был создан буквально в первые дни войны, а его подразделения уже в августе 1941 г. участвовали в первых контрударах советской армии в районе г. Сольцы и задержали продвижение противника к Ленинграду. В 1942-1943 гг. Армия участвует в Демянских операциях.
Позже ее войска передают в Первую Ударную Армию, которая в ходе Новгородско-Лужской операции 18 февраля 1944 г. освободили Старую Руссу.
После войны Екатерина Сергеевна возглавляла отдел здравоохранения Мстинского района в поселке Пролетарий. В 1992-1994 гг. работала контролером в НПИ.
За участие в боях против фашистских захватчиков Е.С. Дмитриева была награждена орденом Славы II степени, медалями «За победу над Германией в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.», «Ветеран Северо-Западного фронта».