Championne d'Afrique junior du 5 000 m en 2009, Genzebe Dibaba est sélectionnée dans l'équipe d’Éthiopie lors des Championnats du monde de Berlin en remplacement de sa sœur, Tirunesh Dibaba forfaite sur blessure. Âgée de seulement 18 ans, Genzebe Dibaba atteint la finale du 5 000 m et se classe huitième en 15 min 11 s 12. Son ascension se poursuit en 2010. Elle porte alors son record personnel du 5 000 m à 14 min 37 s 56 à Oslo. Quelques jours plus tard à Moncton, Genzebe Dibaba gagne les championnats du monde juniors en 15 min 08 s 06, devant la Kényane Mercy Cherono.