Екатерина Илюхина родилась 19 июня 1987 года в городе Новосибирск. Как многие сноубордисты, изначально занималась горнолыжным спортом, затем перешла в сноубординг. В начале карьеры, помимо параллельных видов, соревновалась также в сноубордкроссе, в этом виде стала бронзовым призером чемпионатов России 2003 и 2005 годов.

В своих профильных дисциплинах Екатерина также собрала целый ряд медалей чемпионатов России: «золото», «серебро» и две «бронзы» в параллельном слаломе гиганте, а также два «золота» два «серебра» и одну «бронзу» в параллельном слаломе.

На этапах Кубка Европы Илюхина Екатерина одержала 10 побед в различных дисциплинах, 6 раз становилась призером. Лучшим стал сезон 2006-2007, когда Екатерина 7 раз поднималась на подиум.

На Кубке мира дебютным для Илюхиной стал этап в местечке Бардонеккья, Италия, 11 марта 2004 года.

В сезоне 2010-2011 Екатерина впервые поднялась на подиум, став третьей в соревнованиях по параллельному слалому на этапе в Лимоне-Пьемонте, Италия, 10 декабря 2010 года.

На олимпийских играх 2014 в Сочи в параллельном слаломе стала 29, в параллельном гигантском слаломе - 12.

В 2018 году Екатерина Илюхина не смогла отобраться на Олимпийские игры в Пхёнчхан.

В последствие 30 января 2018 года объявила о завершении спортивной карьеры и желании сосредоточиться на семье в ожидании рождения ребенка.