International trat Kalkidan Gezahegne bei den Afrikameisterschaften 2008 in Addis Abeba, bei denen sie im 800-Meter-Lauf in der ersten Runde ausschied. Anschließend gewann sie bei den Juniorenweltmeisterschaften im polnischen Bydgoszcz in 4:16,58 min die Silbermedaille über 1500 Meter hinter der Britin Stephanie Twell. Im Jahr darauf gewann sie bei den Juniorenafrikameisterschaften in Bambous ebenfalls die Silbermedaille hinter der Südafrikanerin Caster Semenya. Sie qualifizierte sich auch für die Weltmeisterschaften in Berlin und belegte dort in 4:08,81 min den neunten Rang im 1500-Meter-Lauf. Ihren bisher größten Erfolg feierte sie mit dem Titelgewinn bei den Hallenweltmeisterschaften 2010 in Doha in 4:08,14 min. Sie wurde damit zur jüngsten Hallenweltmeisterin in der Geschichte. 2011 qualifizierte sie sich erneut für die Weltmeisterschaften in Daegu und erreichte dort in 4:06,42 min Rang fünf.