Elle se révèle durant la saison 2010 en portant son record personnel sur 5 000 mètres à 14 min 58 s 16 lors du meeting Areva de Saint-Denis. Elle participe en mars 2011 aux championnats du monde de cross-country de Punta Umbría, en Espagne. Elle se classe dixième de l'épreuve individuelle, et obtient la médaille d'argent par équipes, aux côtés de ses comaptriotes Meselech Melkamu, Wude Ayalew et Genzebe Dibaba. Elle remporte par la suite son premier titre national individuel sur piste, à Addis-Abeba, dans l'épreuve du 10 000 mètres, en 32 min 55 s 37[1]. Elle établit un nouveau record personnel sur cette distance, quelques jours plus tard, au Golden Spike d'Ostrava, en 31 min 17 s 80.
En juin 2012, Belaynesh Oljira porte son record personnel du 10 000 m à 30 min 26 s 70 à l'occasion de la Prefontaine Classic d'Eugene. Sélectionnée pour les Jeux olympiques de 2012, à Londres, elle se classe cinquième de la finale du 10 000 m en 30 min 45 s 56[2].
