Зимой 1818 года на свет появилась старшая из семи детей князя Алексея Григорьевича Щербатова и его второй жены Софии Степановны Апраксиной. Новорожденной дали имя Екатерина, а ее крестными стали император Александр I и его мать вдовствующая императрица Мария Федоровна.
Детство и юношеские годы княжны прошли в доме родителей в Петербурге. Вместе с младшими братьями и сестрами Екатерина получила отличное домашнее образование, владела тремя иностранными языками и великолепно разбиралась в искусстве. В возрасте 18 лет Екатерина Алексеевна была представлена ко двору в качестве фрейлины.
Современники отмечали ум юной княжны Щербатовой, ее бойкий нрав и незаурядный ум. Не удивительно, что при дворе она пользовалась большой популярностью. Блистала Екатерина и на балах, которые давали ее родители: Алексей Григорьевич и София Степановна регулярно устраивали великолепные приемы в честь своих двух дочерей, пока те не вышли замуж.
«белизной и изяществом форм она казалась настоящим изваянием древних художников». Барон Модест Андреевич Корф
В возрасте 22-ух лет Екатерина Алексеевна стала женой 35-летнего князя Иллариона Илларионовича Васильчикова. Свадебные торжества проходили в Петербурге и главным гостем был император Николай I. От этого союза на свет появилось четверо детей: Софья (1841), Алексей (1843), Вера (1847) и Сергей (1849).
Изначально супруги жили в столице, потом некоторое время в Житомире, а затем в Киеве, где князь Васильчиков был назначен на должность генерал-губернатора. Современники говорили, что в Киеве княгиню невзлюбили и не хотели принимать. О ней говорили, как о женщине горделивой, жадной и надменной.
Однако несмотря на это Васильчикова много занималась благотворительностью, занималась патронажем больниц, сиротских приютов и родильного дома. Именно благодаря ее предложению Киев был разбил по участкам и на каждом были организованы больницы и назначены попечители.
Несмотря на нелюбовь общественности, Екатерина Алексеевна часто устраивала в своем доме балы, театральные постановки, аукционы. Во время увеселительных мероприятий княгиня собирала пожертвования и все деньги направляла на помощь нуждающимся. На эти средства были открыты самая большая больница в Киеве, вдовий дом, приют для пожилых людей и училище для девушек из бедных семей.
Бурная деятельность княгини Екатерины Алексеевны прекратилась только после того, как она стала вдовой в 1862 году. Ее младший брат Александр Щербатов говорил о том, что сестра была убита горем, часто у нее случались припадки и истерики. Княгиня в буквальном смысле не могла жить без горячо любимого мужа. Сама Васильчикова скончалась в 1869 году в возрасте 51-го года. Рядом с ней в этот момент была ее пожилая мать.