Тя е родена през 1958 г. в Гоце Делчев. Дъщеря на дългогодишния главен лекар на болницата там д-р Благой Титянов.
Проф. Титянова завършва медицина през 1982 година в Медицинска академия – София. Започва работа като невролог в райнната болница на град Гоце Делчев. През 1983 г. Постъпва като асистент в Катедрата по неврология на Медицинска академия в София. По-късно става ръководител на неврологично отделение при Университетската специализирана болница по неврология и психиатрия „Св. Наум“ ЕАД, София и на Лаборатория по клинична невросонография. През 1987 г. придобива специалност по нервни болести, през 1990 г. – образователна и научна степен „Доктор“, а през 2007 г. – научна степен „Доктор на науките“. От 2003 г. е Доцент във Военномедицинска академия – София, а от 2009 г. – професор по неврология. От 2005 г. е началник на Клиника по функционална диагностика към ВМА – София. Клиниката разполага със съвременна високотехнологична диагностична методика, което наложи нов диагностичен подход. Клиниката е сертифицирана като трето ниво на компетентност и извършва диагностични методи на европейско ниво.
Проф. Титянова е специализирала неврология, невросонология и двигателен контрол на походката в престижни университети в Австрия, САЩ, Мексико, Германия и Финландия. Научните ѝ приноси са в областта на мозъчносъдовите заболявания, невросонологията, хемореологията, двигателния контрол на походката автономните нарушения и неврорехабилитацията. Иноватор е в изследването на походката чрез електронен анализ на стъпките и развива нови направления в неврорехабилитацията в България. Призната е за международен експерт по невросонология – въвежда, развива и утвърждава нови направления в ултразвуковата диагностика на нервната система у нас и в чужбина и съдава Българска школа по невроснология с Балканска секция към нея.
С огромен ентусиазъм и желание тя постави основите на функционалната диагностика в областта на неврологията при Медицинския факултет на СУ „Св. Климент Охридски“. Тя е основател и титуляр е на дисциплината „Нервни болести“ в този нов медицински факултет. Била е член на Факултетния съвет и ръководител на катедра „Неврология, психиатрия, физиотерапия и рехабилитация, превантивна медицина и обществено здраве“ при Медицинския факултет на СУ „Св. Климент Охридски“.
Тя е учредител и председател на Българска асоциация по невросонология и мозъчна хемодинамика през 2003 г., създател на Българска школа по невросонология с Балканска секция към нея, главен редактор на списание „Невросонология и мозъчна хемодинамика“, което е с международна реферираност. Тя с огромна енергия организира осем конференции и седем конгреса по невросонология и мозъчна хемодинамика с международно участие, световния научен форум „16-та среща на Световната федерация по неврология (2013)“, обучителния международен семинар „Ултразвуковите технологии – предизвикателства пред младите медици“, регионален обучителен курс на Европейската академия по неврология (2017). Реализира мисията си да създаде елитни кадри по невросонология и съвременна диагностика на мозъчвия инсулт чрез доплерсонография. Член е на редакционните колегии на списание „Nevrosonology“ (Япония), „Oruen“ (Европейски съюз) и др. Координатор е за България по програмите на следдипломно обучение и е член на Изследователска група по невросонология към Световната федерация по неврология. Международен експерт е по мозъчни инсулти за Централна и Източна Европа. Председател на борда на инициативата „Жените в борбата с мозъчен инсулт“ в България и към Световната организация по инсулт. Външен експерт е по научни проекти на Европейската комисия.
От 2013 г. е Академик на Българската академия на науките и изкуствата, а от 2015 г. – Академик на Сръбската кралска академия. Академик е и на Обществената академия за наука, образование, култура.
Тя е външен експерт към Министерството на здравеопазването, Националната агенция за оценка и акредитация при Министерския съвет, Националната здравно-осигурителна каса и Европейската комисия.
Организира в София и цялата страна научни форуми и обучителни курсове по невросонология с участие на световни учени, професори от Световната федерация по неврология и на Европейската академия по неврология. Научната ѝ продукция включва монографии, учебници, ръководства и над 300 публикации у нас и в чужбина, които са международно цитирани.
На последния Седми конгрес по невросонология и мозъчна хемодинамика (2021 г.) тя представи съмременен учебник по нервни болести. Учебникът е под редакцията на акад. проф. Екатерина Титянова, д.м.н. с участието на 33 съавтори, професионалисти в определени области на неврологията. Съавтор е на национални и международни учебни ръководства. Тя е главен изследовател, национален координатор и участник в национални и международни проучвания в областта на мозъчния инсулт, множествената склероза, епилепсията и паркинсоновата болест. Била е гост-лектор в Мексико, Финландия, Сърбия, Хърватия и Грузия.
Проф. Екатерина Титянова е носител на наградите “Merrill Spencer Award” на Европейското дружество по невросонология и мозъчна хемодинамика (2009), „Golden Hyppocratic Oath” на Balkan Association for History and Philosophy of Medicine (2015), Националната медицинска награда в категориите „Световно признание в медицинската наука“ (2017) и „Медицина и образование“ за създаване на школа по невросонология (2018). Тя е удостоена с Почетен знак на Министерството на отбраната (2016), медал „Петър Берон“ на Българската академия на науките и изкуствата (2017) и почетна грамота на Българския червен кръст за проявен хуманизъм (2018). Носител е на голямата награда „Питагор“ 2018 г. за цялостен принос на Министерството на образованието и науката. Има награди от национални и международни научни форуми.
Акад. проф. Екатерина Титянова посвети цялата си енергия и профенионален опит за развитието и утвърждаването на функционалната диагностика на нервната система като съвременен метод за ранно диагностициране и подбор на лечебен подход. Работата ѝ и познанията ѝ я издигнаха в елитните среди на световната невросонология.
Има принос в развитието на българо-мексиканските културни връзки като учредител и президент на фондация „Мексико-България IAP“. Името ѝ е изписано на дарена на град София скулптура от мексиканката Фани Хайат, която е поставена пред Националната галерия за чуждестранно изкуство в София.
Омъжена е за д-р Чавдар Русев, доктор по икономика, дипломат, преподавател, изпълнителен секретар в Асоциацията за развитие на планинските общини в Република България. Екатерина Титянова умира от усложнения след заразяване с COVID-19 в дома си сутринта на 2 януари 2022 г. Няколко часа по-късно от COVID-19 умира и съпругът ѝ. Двамата са родени на една и съща дата.