В 2005 году Екатерина стала серебряным призёром чемпионата Европы среди юниоров. На чемпионате Европы в помещении в 2011 году она выиграла бронзу на дистанции 1500 метров, а на чемпионате мира не смогла пройти в финал. В том же году Мартынова принимала участие в командном чемпионате Европы и стала 2-й.