Sentayehu ha fatto il suo debutto in campionato internazionale ai Campionati del Mondo giovanili di atletica leggera del 2001 e ha vinto la medaglia di bronzo nei 1500 metri. Presto cambiò la sua attenzione per le distanze più lunghe e gareggiò nel circuito IAAF Golden League del 2002, registrando un record di 3000 metri di 8:48.30 minuti alla Weltklasse di Zurigo all'età di diciassette anni. Ha guadagnato un posto alla finale del Gran Premio IAAF 2002 e si è classificata settima nell'evento. Un sesto posto nella gara junior ai Campionati mondiali di cross country IAAF 2003
ha aiutato le donne etiopi a vincere il titolo di squadra, mentre il collega etiope Tirunesh Dibaba ha vinto la gara. Migliorò il suo record di 3000 m in pista a 8:46.51 quell'anno, ma una comparsa alla Finale mondiale di atletica leggera IAAF del 2003 portò a un altro settimo posto.