Екатерина Вельяминова родилась 19 декабря 1953 года в Иркутске в театральной семье.
В 1976 году закончила Иркутское театральное училище и в том же году вошла в труппу Омского ТЮЗа.СемьяОтец — актёр Пётр Вельяминов (1926—2009), народный артист РСФСР.Мать — актриса Людмила Вельяминова (1923—2012), заслуженная артистка России.Муж — Юрий Орлов, окончил теоретико-композиторский факультет НГК им. М.И. Глинки.Дочери — Серафима, Наталья.