Родилась 14 сентября 1916 года в селе Корощин ныне Бельского района Ровенской области. Украинка. Окончила 7 классов неполной средней школы "10 города Курска. С переездом матери в Воронеж поступила в Воронежский авиационный техникум. В октябре 1933 года окончила Воронежский аэроклуб и по комсомольской путёвке направлена в 3-ю Оренбургскую военную авиационную школу лётчиков и лётчиков-наблюдателей имени К.Е.Ворошилова. В декабре 1934 года с отличием окончила авиашколу и была направлена в Харьков в 19-ю лёгкую бомбардировочную авиационную бригаду. Наряду со службой в бригаде испытывала самолёты и авиационное оборудование. За 4 года освоила 7 типов самолётов. Участница советско-финляндской войны 1939-1940 годов (единственная женщина среди лётчиков). Воевала в составе 3-й эскадрильи 11-го легко-бомбардировочного авиационого полка (ВВС 8-й армии). Совершила 8 боевых вылетов на Р-Z на бомбардировку финских войск. Уничтожила артиллерийскую батарею и склад боеприпасов противника, за что награждена орденом Красного Знамени. Затем в качестве лётчика-инструктора принимала участие в переучивании руководящего состава семи авиационных полков на новый самолёт Су-2.

На фронтах Великой Отечественной войны с первого её дня. Заместитель командира 5-й эскадрильи 135-го бомбардировочного авиационного полка (16-я смешанная авиационная дивизия, ВВС 6-й армии, Юго-Западный фронт) комсомолка старший лейтенант Зеленко Е.И. совершила 40 боевых вылетов (в том числе ночью), участвовала в 12 воздушных боях с истребителями противника. В одном из боевых вылетов в июле 1941 года группа бомбардировщиков под её командованием в районе города Пропойска уничтожила 45 танков, 20 автомобилей, до батальона солдат противника и без потерь вернулась назад.

12 сентября 1941 года совершила 2 боевых вылета на разведку. Во втором вылете её Су-2 был повреждён. После обеда поступило сообщение о том, что немецкие танки прорвали фронт. Нужно было срочно разведать обстановку в районе Ромен - Нежина - Прилуки - Пирятина - Лубен. Зеленко вместе с лётчиком-наблюдателем лейтенантом Н.Павлыком вылетела на самолёте заместителя командира полка А.И.Пушкина в паре с экипажем капитана Лебедева. При возвращении с задания в районе города Ромны их атаковали 7 вражеских истребителей Ме-109. Наши лётчики приняли неравный воздушный бой, но в облаках потеряли друг друга. Вскоре самолёт Лебедева был подбит и он вышел из боя. Зеленко осталась одна против семи врагов. Немцы взяли её самолёт в кольцо. Как только один из них оказался в прицеле, Зеленко нажала гашетку. "Мессершмитт" загорелся и пошёл к земле. Но и Су-2 был подбит, оба члена экипажа получили ранения, а у Павлыка, к тому же, кончился боезапас. Зеленко приказала ему покинуть самолёт, а сама продолжила вести бой. Вскоре и у неё патроны кончились. Тогда она вышла на курс атаковавшего её фашиста и повела бомбардировщик на сближение. От удара крылом по фюзеляжу "мессершмитт" разломился пополам, а Су-2 взорвался, при этом лётчицу выбросило из кабины. Обломки обоих самолётов упали на землю возле села Анастасьевка Сумской области.

Тело Зеленко обнаружено местными жителями М.Хоменко, А.М.Марченко, И.Сильченко, В.Петриченко, М.Бутко, С.Балыкиным и опознано по комсомольскому билету "7463250, орденской книжке и удостоверению личности. В полк они сообщить не успели, так как на следующий день село захватили немцы. Первоначально была похоронена в центре села Анастасьевка. После войны её останки были перевезены в город Курск. За свой подвиг в декабре 1941 года посмертно награждена орденом Ленина.

Екатерина Ивановна Зеленко была единственной женщиной, применившей воздушный таран. На месте её гибели установлен обелиск. В Берестовке, где находился аэродром и откуда она ушла в свой последний боевой вылет, установлен памятник. В честь её малая планета Солнечной системы, открытая астрономом Крымской астрофизической обсерватории Т.Смирновой, носит имя Катюша. Её имя носили морское судно, улицы в Курске, Воронеже, Сумах, школы и пионерские дружины. Её комсомольский билет долгое время хранился у учительницы Анастасьевской школы А.М.Марченко, а затем был передан в Оренбургское высшее лётное военное авиационное Краснознамённое училище лётчиков имени И.С.Полбина. Музеи лётчицы были созданы в Анастасьевке и в курской школе "10, в которой она училась. 5 мая 1990 года Указом Президента СССР ей посмертно присвоено звание Героя Советского Союза.

Её муж - командир 4-й эскадрильи того же полка Павел Игнатенко - погиб в воздушном бою в 1943 году.