Melkamus genombrott kom när hon blev världsmästare på 5 000 meter för juniorer vid VM 2004. Hon följde upp det med att bli fyra vid VM i Helsingfors 2005 på tiden 14.43,47. Hon deltog även vid VM i Osaka 2007 där hon slutade på sjätte plats på tiden 15.01,42.
Under en tävling i juni 2009 sprang hon 10 000 meter på 29.53,80 vilket är den näst snabbaste tiden någon har sprungit på. Bara Wang Junxia har sprungit fortare.