Nascida Ekaterini Konstantopoulou ela ensaiou para ser cantora de Ópera, mas mudou de carreira e entrou para o Teatro Nacional da Grécia, em 1929. Paxinou deu preferência ao teatro. No início da Segunda Guerra Mundial, estava se apresentando em Londres, e não pôde voltar à Grécia. Por isso mudou-se para os Estados Unidos.
Em 1950, Paxinou reassumiu sua carreira nos palcos. Na Grécia, sua terra natal, ela formou o Teatro Real de Atenas, com Alex Minotis, seu diretor principal e, desde 1940, seu marido.
Paxinou morreu de câncer em Atenas, em 1973 com 72 anos. Deixou seu marido e seus dois filhos do primeiro casamento com Ioannis Paxinos, cujo sobrenome ela estava usando, após o seu divórcio. Seus restos mortais estão sepultados no Primeiro Cemitério de Atenas.