Il fait ses débuts sur la scène internationale en 2007 à l'occasion des Jeux asiatiques en salle de 2007. Il participe aux deux épreuves de demi-fond, et remporte surtout la médaille d'or du relais 4 × 400 m aux côtés de ses coéquipiers saoudiens.
En 2008, il s'installe à Los Angeles et entame une collaboration avec l'entraineur John Smith. Il porte rapidement ses records personnels à 21 s 80 sur 200 m et 46 s 45 sur 400 m[1].
Il réalise les minima B pour les championnats du monde 2009 avec 45 s 84, mais s'incline dès les séries à Berlin. En fin de saison 2009, lors des Jeux asiatiques en salle d'Hanoï, au Viêt Nam, Masrahi décroche l'argent sur 400 m et l'or sur 4 × 400 m[2]. Aux Jeux asiatiques en plein air, en à Canton en Chine, il termine troisième du 400 m en portant son record personnel à 45 s 48, et s'impose par ailleurs dans l'épreuve du relais 4 × 400 m en établissant un nouveau record national (3 min 02 s 30).
Il remporte son premier titre individuel majeur en à l'occasion des championnats d'Asie de Kōbe, au Japon, en s'imposant sur 400 m en 45 s 79, devant les Japonais Hideyuki Hirose et Yūzō Kanemaru. Il décroche par ailleurs l'argent sur 4 × 400 m[3]. Il participe aux Jeux olympiques de 2012, à Londres, et bat son record personnel dès les séries en 45 s 43. Il se classe ensuite septième de sa demi-finale[4].
En , Yousef Masrahi descend pour la première fois de sa carrière sous les 45 secondes au 400 m en établissant la marque de 44 s 72 à Doha lors des championnats arabes qu'il remporte. Le , il s'impose lors des Bislett Games d'Oslo, sixième étape de la Ligue de diamant 2013, en 45 s 33, devant le Bahaméen Ramon Miller et le Britannique Nigel Levine[5].
Lors des Championnats d'Asie de 2013 à Pune, il remporte deux médailles d'or, sur 400 m et sur relais 4 × 400 m. Le , il bat en demi-finale le record national en 44 s 61 lors des Championnats du monde à Moscou. Le , il bat le record d'Asie à Lausanne, en 44 s 43.
En séries des championnats du monde 2015, à Pékin, il améliore le record d'Asie et descend pour la première fois sous les 44 secondes avec 43 s 93 et termine 8e de la finale en 48 s 15.
Le , il est annoncé qu'il est suspendu pour dopage lors d'un contrôle inopiné le [6].
