Etiopiskan sprang i mål på 8.16,60 vilket kan jämföras med landsmaninnan Meseret Defars tidigare rekord på 8.23,72.
Publiken i Globen stod upp och skrek ut sitt stöd till Dibaba som sprang solo från 1 000 meter efter att en av hararna stukat foten.
Dibaba gick ut i nivå med rekordet den första kilometern men skruvade sedan upp farten varv efter varv i en av de mäktigaste uppvisningar som skådats.
– Det var tack vare publiken som var fantastisk. Jag hade aldrig klarat det utan den, säger Dibaba.