Fille de Lioudmila Poutina et de Vladimir Poutine, Ekaterina voit le jour le 31 août 1986. Elle grandit loin de l’agitation médiatique avec sa soeur aînée, Maria. Ses parents désirent ne rien dévoiler sur leur vie privée. Pendant de nombreuses années, ils nient même tout lien de filiation. Vladimir Poutine met un point d’honneur à cacher le plus possible ses filles au grand public. Il n’hésite pas à brouiller les pistes et sa fille en fait de même. En effet, Ekaterina n’utilise jamais le nom de famille de son père.
La jeune femme préfère utiliser le nom de famille de sa grand-mère maternelle, Tikhonova. Ainsi, les Russes ignorent qu’elle s’est inscrite à l’université d’Etat de Moscou où elle a étudié dans le plus grand anonymat. Ils découvrent son visage en 2013 lorsqu’elle participe au championnat du monde de rock acrobatique où elle s’est inscrite, une fois de plus, sous le nom de sa grand-mère. Si elle ne termine que cinquième du concours, elle se fait remarquer du grand public.
Ce n’est qu’en 2015, après une enquête sur l’université de Moscou, que sa vraie identité est découverte. En plus de sa passion pour la danse, la jeune femme fait partie du conseil scientifique de son ancienne université et travaille pour le groupe RBC. En 2020, Ekaterina Tikhonova prend la direction d'un institut d'intelligence artificielle au sein de l'université d'État de Moscou.
Côté vie privée, elle est mariée depuis 2013 à Kirill Chamalov. Ensemble, ils sont à la tête d’Innopraktika, un programme pour réformer l’université de Moscou. Mais en 2017, le couple se sépare.