Родилась в Москве в семье музыкантов. В 1994 году закончила с отличием дирижерско-хоровой факультет РАМ им. Гнесиных (стипендиат Фонда «Знание»). В 1996 году закончила с отличием вокальный факультет РАМ им. Гнесиных. В 1998 году закончила с отличием ассистентуру – стажировку вокального факультета РАМ им. Гнесиных в классе Л.И. Дударевой. С 1997 года была стажёром оперной труппы, с 1999 – солистка Большого театра. В 2005 году – лауреат премии Попечительского Совета Большого театра. Лауреат Всероссийского конкурса «Лидер года» в номинации «Лучшая оперная певица» (2007). Гран-при Международного конкурса Musica Classica в номинации «Профессионалы» (2015). В её репертуаре – партии Полины и Графини («Пиковая дама»), Ольги («Евгений Онегин»), Федора Басманова («Опричник»), Вани («Иван Сусанин»), Леля («Снегурочка»), Любаши («Царская невеста»), Бланш («Игрок»), Клариче («Любовь к трём апельсинам»), Гадалки («Огненный ангел»), Фенены («Набукко»), Вагнера («Дети Розенталя»/принимала участие в мировой премьере), Балды в одноимённой опере А. Праведникова (принимала участие в мировой премьере), Снежной Королевы («История Кая и Герды»), Епанчиной («Идиот»), а также партия контральто в «Маленькой торжественной мессе» Россини, партия альта в Stabat Mater Перголези и Дворжака, партия меццо-сопрано в Реквиемах Моцарта, Верди, Сальери и Дворжака, партия альта в Девятой симфонии и Missa solemnis Бетховена, партия альта в «Песнях о Земле» Маллера (участвовала в московских гастролях «Королевского Балета Ковент Гарден»), партия альта в кантате «Москва» Чайковского и цикл «Пять песен Матильды Везендонк» Вагнера. Как драматическая актриса сыграла роль Катаритэ в балете «Тамаши» («Дух»).
Специально для Евгении композитором В. Бесединой написана партия Екатерины Великой в опере «Самозванка» («Государыня»). Имеет обширный камерный репертуар, постоянно выступает с сольными программами. В соавторстве с Л. Голушкиной написала и осуществила постановку пьесы «Н. Голованов. Сокровенное», в основу которой легли романсы Н. Голованова в исполнении Сегенюк. Участница проекта О. Найденышева «Рок и Опера».
Исполнила партию Хозяйки замка в российской премьере оперы Сибелиуса «Дева в башне» и партию Кащеевны в «Кащее Бессмертном» Римского-Корсакова под руководством Олли Мустонена на закрытии IV Международного фестиваля вокальной музыки «Опера Априори».
Сотрудничала с такими выдающимися дирижерами, как Е. Светланов, Г. Рождественский, М. Эрмлер, Г. Бонд, Г. Ринкявичус, А. Вилюйманис, В. Федосеев, Ю. Башмет, В.Полянский, М.Клаузе, и такими известными режиссёрами как Б. Покровский, Ф. Замбелла, П. Конвичный, А. Титель, Э. Някрошюс, А. Сокуров, Л. Додин, С. Женовач, Р. Туминаc, Д. Белянушкин, П. Устинов, В. Фокин, Е. Арье.
Неоднократно принимала участие в авторских концертах Тихона Хренникова и записи его произведений и получила высокую оценку как в России, так и за рубежом. Гастролирует по России и за рубежом – в Южной Корее, Италии, Гонконге, Польше, Словении, Великобритании, Финляндии, Латвии, Греции, Японии, Марокко, Иордании, Украине, Норвегии, Дании. Преподавала в РАМ им. Гнесиных.
