Sentayehu a debutat în campionatul internațional la Campionatul Mondial de Atletism pentru Tineret din 2001 și a câștigat medalia de bronz la 1500 de metri. Ea și-a schimbat curând atenția asupra distanțelor mai lungi și a concurat în circuitul IAAF Golden League din 2002, înregistrând un record de 3000 de metri de 8:48.30 minute la Weltklasse Zurich la vârsta de șaptesprezece ani. Ea a câștigat un loc la finala Grand Prix IAAF din 2002 și a obținut locul al șaptelea în eveniment. Un al șaselea loc în cursa junior la Campionatul Mondial de Cross Country din 2003
A ajutat femeile etiopiene la titlul de echipă, în timp ce colegul ei Tirunesh Dibaba a câștigat cursa. Ea a îmbunătățit recordul ei de 3000 m pe pistă la 8:46.51 în acel an, dar o apariție la Finala Mondială de Atletism IAAF din 2003 a dus la un alt al șaptelea loc.