En début de saison 2010, Kalkidan Gezahegne s'adjuge le titre des Championnats du monde en salle de Doha avec le temps de 4 min 08 s 14, devançant finalement l'Espagnole Natalia Rodríguez et sa compatriote Gelete Burka. Elle devient à 18 ans et 310 jours la plus jeune championne du monde féminine d'athlétisme en salle[3].
À partir de 2017, elle se spécialise sur 5 000 m et 10 000 m, remportant notamment le 5 000 m aux Jeux Asiatiques à Jakarta en 2018.
Aux Jeux Olympiques de Tokyo en 2021, la Bahreïnie crée la surprise en décrochant la médaille d'argent du 10 000 m en 29 min 56 s 18, juste derrière la Néerlandaise Sifan Hassan. Elle devance notamment l'Ethiopienne Letesenbet Gidey, détentrice du record du monde de la distance[4].
En octobre elle établit un nouveau record d'Asie du 10 kilomètres sur route, en 29 min 38 s[5].