Elvan Abeylegesse, 1999 yılında, Kuzey İrlanda'nın başkenti Belfast'da IAAF Dünya Kros Şampiyonası'nda Etiyopya'nın küçük takımda kariyerine başladı ve yarışmayı 9. bitirdi. Orada, İstanbul'daki bir toplantıya davet edildi. İstanbul'a gelince, yetkililer kendisinden hoşlandıklarını belirttiler. Abeylegesse ise o zamanlar "Etiyopya'da federasyonumdan yeterli destek alamadım". Türkiye'de hedeflerime ulaşmanın daha kolay olacağını düşündüm." dedi. Onyedi yaşındayken ENKA için atlet arayan işadamı Önder Özbilen tarafından keşfedilerek, ailesine iki yıl için ayda 300 $ ödeme yapılmak koşuluyla Türkiye'ye getirildi. Mümin Can ile evlenerek Elvan Can adıyla Türk vatandaşlığına geçti. O zamandan beri boşanmış ve şimdi Elvan Abeylegesse olarak anılmaktadır.
Olimpiyat oyunlarına ilk kez Atina'da düzenlenen 2004 Yaz Olimpiyatları'nda katıldı. Olimpiyatlara Norveç'te yapılan Golden League 5000 metre atletizm yarışlarında kırdığı dünya rekoru ünvanıyla gelen Elvan, bu organizasyonda ilk olarak 5000 metrenin ikinci elemesinde yarıştı ve yarışı 14:54.80’lik derecesiyle 2. sırada bitirerek finale kaldı. Türkiye'nin atletizm dalında en büyük madalya umudu olmasına karşın, 5000 metre finalinde beklentilerin çok altında kalarak 15:12.64'lik derecesiyle 12. olabildi. 5000 metrede hayal kırıklığı yaşayan atlet, 1500 metre yarı final serisinde 4:07.10’luk derecesiyle 4. oldu ve finale yükseldi. Böylece Elvan, olimpiyat oyunlarında 1500 metre finalinde koşacak olan ilk Türk sporcusu oldu. Ancak 1500 metre finalinde, üst üste beş yarış koşması ve bir önceki dalda yaşadığı moral bozukluğuyla yarışı 4:00.67’lik derecesiyle 8. sırada bitirebildi.
Pekin'de düzenlenen bir sonraki olimpiyatta ise 5000 ve 10000 metrede mücadele etti. İlk olarak 10000 metrede yarışan Elvan, otuziki atletin katıldığı ve 25 tur üzerinden gerçekleştirilen yarışta 16. turdan itibaren liderliği ele geçirdi. Son tura kadar liderliğini devam ettirmesine karşın, Etiyopyalı Tirunesh Dibaba'nın atağına karşılık veremeyince, yarışı 29:56.34'lük derecesiyle 2. sırada tamamlayarak, gümüş madalyanın sahibi oldu. Böylece Abeylegesse, bu derecesiyle yeni bir Avrupa ve Türkiye rekoru kırdı. Ayrıca Türk atletizmine de olimpiyat oyunlarındaki ilk gümüş madalyasını kazandırdı. 5000 metre finalinde ise son tura üçüncü girmesine rağmen, yarışın son anlarında yaptığı atakla Meseret Defar'ı geçerek 10000 metrede olduğu gibi bu dalda da gümüş madalya kazandı. Bu sonuçla Elvan, oyunlar tarihinde Türkiye'ye bir olimpiyatta iki madalya kazandıran ilk sporcu unvanına da erişirken, kazandığı bu başarılardan dolayı devlet tarafından 3 bin cumhuriyet altınına denk gelen 640 bin 162 TL ile ödüllendirildi.
Elvan, 2001'de düzenlenen Akdeniz Oyunları 10000 metrede 32:29.20 koşarak bronz madalya kazandı. Bir sonraki oyunlara sağlık sorunları nedeniyle katılamazken, 2009 yılında İtalya'nın Pescara şehrinde düzenlenen oyunlarda yine 10000 metrede 31:51.98'lik derecesiyle birinci olarak altın madalya kazandı.
2001'de üç ayrı dalda Avrupa gençler şampiyonu oldu. 2003 yılında Dünya Atletizm Şampiyonası'nda 5.000 metre beşincisi oldu. 2004 yılında Norveç'in Bergen kentinde, "Bislett Oyunları" adı altında Fana Stadı'nda düzenlenen ve atletizm dünyasının en önemli organizasyonlarından biri olan ve 6 ayaktan oluşan Golden League'in ilk ayak yarışmalarında, bayanlar 5.000 metrede 14.24.68'lik derecesiyle dünya rekoru kırarak birinci oldu.Daha sonra rekoru Etiyopyalı Meseret Defar tarafından önce New York'ta kırılmış ve sonra Oslo da daha da geliştirilmiştir (14.16.63)
Elvan Abeylegesse, 11. Dünya Atletizm Şampiyonası'nda milli atlet Elvan Abeylegesse, bayanlar 10.000 metrede ikinci olarak gümüş madalyanın sahibi oldu.
Berlin'de gerçekleşen 13. Dünya Atletizm Şampiyonası'nda 10.000 metre yarışını sakatlığından ötürü tamamlayamayan sporcu, rakibi Etiyopyalı Meselech Melkamu'nun koşu ayakkabılarını unuttuğunu farkedince kendi ayakkabılarını vermesi nedeniyle Dünya Fair Play Komitesi tarafından Dünya Fair Play Ödülü'ne layık görüldü. Ödülünü 27 Mart 2010'da, Macaristan'ın Pecs kentinde düzenlenen törende aldı.
Elvan Abeylegesse, yaşadığı aşil tendonu sakatlığından sonra pist için giydiği ayakkabıların sakatlığını artırması nedeniyle yol yarışlarına geçti. Katıldığı ilk maraton olan 2013 İstanbul Maratonu'nda 2:29:30'luk derecesiyle ikinciliği elde etti.