Лишившись в раннем возрасте обоих родителей, Екатерина Илларионовна Михайлова воспитывалась в детском доме. В 1941 г. окончила 9 классов и школу медсестёр Всесоюзного общества Красного Креста. В Красной Армии с июня 1941 г. В боях под г. Гжатск Смоленской области получила тяжелое ранение. После выздоровления с января 1942 г. служила на военно-санитарном судне «Красная Москва», переправлявшем раненых из Сталинграда в Красноводск. Там ей было присвоено звание главного старшины, а за образцовую службу вручен знак «Отличник Военно-Морского Флота». После Сталинградской битвы была зачислена санитарным инструктором в формирующийся в феврале 1943 г. 369-й отдельный батальон морской пехоты. Батальон входил в состав Азовской, а затем Дунайской военных флотилий. В составе батальона, получившего впоследствии почетное наименование «Керченский Краснознамённый», с боями прошла по водам и берегам Кавказа и Крыма, Азовского и Черного морей, Днестра и Дуная, воевала в Румынии, Болгарии, Венгрии, Югославии, Чехословакии и Австрии. Была единственной женщиной, служившей в разведке морской пехоты. Трижды была ранена. К званию Героя Советского Союза представлялась в августе и декабре 1944 г., но награждение не состоялось. Демобилизована в ноябре 1945 г. После окончания Ленинградского санитарно-гигиенического института им. И.И. Мечникова работала в медицинских лабораториях в Москве и Московской области. Указом Президента СССР от 5 мая 1990 г. ей было присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда». Награждена орденами Ленина, 2-мя орденами Красного Знамени, Отечественной войны 1-й и 2-й степеней, медалями, в том числе медалью «За отвагу» и медалью «Флоренс Найтингейл» Международного общества Красного Креста и Красного Полумесяца, которая присуждается медицинским сёстрам за исключительную преданность своему делу и храбрость при оказании помощи раненым и больным, как в военное, так и в мирное время (1979 г.).