Elle délaisse le 3 000 m steeple en 2012 pour se consacrer au 5 000 m. En , à Bruxelles, elle descend pour la première fois de sa carrière sous les 15 minutes en signant le temps de 14 min 57 s 97[1].
Almaz Ayana célébrant son titre lors des mondiaux de 2017.
Elle remporte son premier titre international majeur en à l'occasion des championnats d'Afrique de Marrakech. Elle s'impose sur 5 000 m dans le temps de 15 min 32 s 72 (record des championnats) en dominant notamment sa compatriote Genzebe Dibaba[3]. Quatrième de la Ligue de diamant 2014, elle remporte en fin de saison le 5 000 m de la coupe continentale d'athlétisme à Marrakech.
Le , lors du meeting de Rome, elle établit la deuxième meilleure performance de tous les temps sur 5 000 m en parcourant la distance en 14 min 12 s 59, à 1 s 44 seulement du record du monde de sa compatriote Tirunesh Dibaba établi en 2008[6].
Le , lors des Jeux olympiques de Rio, elle remporte la médaille d'or et bat le record du monde du 10 000 mètres en 29 min 17 s 45, qui était détenu depuis 1993 par la Chinoise Wang Junxia[7]. Épuisée de cette course, Ayana parvient tout de même à remporter ensuite la médaille de bronze sur le 5 000 m en 14 min 33 s 59[8].
Diminuée par des périostites tibiales permanents, elle arrive aux championnats du monde de Londres 2017 sans aucune compétition. Elle confirme néanmoins sa domination en devenant championne du monde du 10 000 m[9], puis en terminant 2e du 5 000 m[10].
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