Elle commence la compétition très jeune, et, encore adolescente, elle remporte la médaille d'argent au 5 000 mètres aux Jeux panafricains de 1995. L'année suivante, en 1996, elle gagne l'épreuve des Championnats du monde juniors d'athlétisme de 1996. Sélectionnée pour les Jeux olympiques d'Atlanta, elle termine douzième dans la finale du 5 000 mètres, meilleure athlète éthiopienne dans cette épreuve. Elle participe ensuite à ses premiers Championnats du monde d'athlétisme, et termine là encore douzième au 5 000 mètres. Elle remporte la médaille de bronze du aux Championnats du monde 1999, et s'impose par ailleurs lors des Jeux africains de 1999. Toujours sur , elle est troisième aux championnats du monde d'athlétisme 2001, la première, la russe Olga Iegorova ayant été contrôlée positive à l'EPO, suspendue, puis réhabilitée à cause d'un vice de procédure. Ayelech Worku refuse de ne se montrer sur le podium aux côtés d'Olga Iegorova, un renoncement sans précédent dans l'histoire des championnats du monde, dû, selon son manager à un contretemps. Son record personnel sur la distance est de 14 min 41 s 23, établi le lors du Meeting de Londres.