Sentayehu membuat debutnya di kejuaraan internasional pada Kejuaraan Dunia Pemuda Atletik 2001 dan meraih medali perunggu di 1500 meter. Dia segera mengubah fokusnya ke jarak yang lebih jauh dan berkompetisi di sirkuit IAAF Golden League 2002, merekam 3000 meter terbaik 8:48.30 menit di Weltklasse Zurich pada usia tujuh belas tahun. Dia mendapatkan tempat di IAAF Grand Prix Final 2002 dan menempati posisi ketujuh dalam acara tersebut. Menempati posisi keenam dalam balapan junior di Kejuaraan Dunia Cross Country IAAF 2003
membantu wanita Ethiopia untuk gelar tim, sementara sesama Ethiopia Tirunesh Dibaba memenangkan perlombaan. Dia memperbaiki rekornya di 3000 m dengan waktu 8:46.51 pada tahun itu tetapi penampilan di Final Atletik Dunia IAAF 2003 menghasilkan finis di posisi ketujuh.