Yigrem Demelash gab 2011 beim Great Ethiopian Run, einem bekannten Volkssportevent in Äthiopien, sein Debüt auf der nationalen Ebene, bei dem er über die 10.000 Meter den zweiten Platz belegte. 2012 stellte er in Oslo seine Bestzeit von 13:03,30 min über die 5000 Meter auf. Im Juli trat er bei den U20-Weltmeisterschaften in Barcelona über 10.000 Meter an. Mit einer Finallaufzeit von 28:16,07 min konnte er dabei die Goldmedaille gewinnen und eine jahrelange Dominanz der Kenianer auf dieser Strecke beenden. Im September lief er in Brüssel die 10.000 Meter erstmals unter 27 Minuten. Seine 26:57,56 min bedeuteten einen neuen U20-Nationalrekord. Ab 2013 trat er dann bei den Erwachsenen an. Für Äthiopien bei den Crosslauf-Weltmeisterschaften in Bydgoszcz startend belegte er allerdings als 69. einen der hinteren Plätze, nachdem er zuvor bei den nationalen Crosslauf-Meisterschaften den zweiten Platz belegt hatte. Anschließend verpasste er die Saisons 2014 und 2015 nahezu komplett.