Yigrem Demelash fez sua estreia nacional em 2011 na Great Ethiopian Run , um evento esportivo popular na Etiópia, onde terminou em segundo nos 10.000 metros. Em 2012, ele estabeleceu seu melhor tempo de 13: 03,30 minutos ao longo dos 5000 metros em Oslo. Em julho, ele competiu mais de 10.000 metros no Campeonato Mundial Sub - 20 em Barcelona. Com um tempo final de 28: 16,07 min, ele conseguiu conquistar a medalha de ouro e encerrar um antigo domínio dos quenianos nessa rota. Em setembro, ele correu os 10.000 metros com menos de 27 minutos pela primeira vez em Bruxelas. Seus 26: 57,56 minutos significaram um novo recorde nacional Sub-20. A partir de 2013, ele passou a competir com os adultos. Largando pela Etiópia no Campeonato Mundial de Cross Country em Bydgoszcz, no entanto, ele terminou em 69º em uma das posições mais baixas, tendo anteriormente conquistado o segundo lugar nos campeonatos nacionais de cross country. Ele então perdeu quase completamente as temporadas de 2014 e 2015.
Em maio de 2016 ele voltou ao topo do mundo com um tempo de 26: 51,11 minutos ao longo dos 10.000 metros em uma competição em Hengelo. Nesse período, ele conquistou o 32º lugar na lista dos melhores do mundo (até 2020) nessa distância e foi o mais rápido do ano a viajar para os Jogos Olímpicos do Rio de Janeiro. Na final do dia 13 de agosto, terminou em quarto lugar com o tempo de 27: 06,27 minutos. Na chegada faltou o bronze, conquistado por seu compatriota Tamirat Tola , por apenas um centésimo de segundo.
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