Erste internationale Erfahrungen sammelte Hellen Obiri bei den Militärweltspielen 2011 in Rio de Janeiro, bei denen sie in 2:01,86 min die Bronzemedaille im 800-Meter-Lauf gewann und über 1500 Meter Platz vier belegte. Über diese Disziplin qualifizierte sie sich aber für die Weltmeisterschaften im südkoreanischen Daegu, bei denen sie mit 4:20,23 min im Finale auf den elften Platz gelangte. Im Jahr darauf siegte sie überraschend bei den Hallenweltmeisterschaften in Istanbul über 3000 Meter in 8:37,16 min vor der Marokkanerin Mariem Alaoui Selsouli und Hind Dehiba Chahyd aus Frankreich. Während der Freiluftsaison steigerte sie ihre Bestleistung über 1500 Meter auf 3:59,68 min und qualifizierte sich damit für die Olympischen Spiele London, bei denen sie mit 4:16,57 min im Finale den achten Platz belegte.