V roce 1995 se Helton zapsal na Duke University a stal se asistentem fotbalového týmu Duke Blue Devils pod vedením Freda Goldsmithe. Později byl Helton v roce 1996 povýšen na trenéra běžců.
V roce 1997 nastoupil Helton ke svému otci do Houstonu na pozici trenéra běžců a na této pozici zůstal až do roku 1999, poslední sezony Kima Heltona jako hlavního trenéra.
Po odchodu z Houstonu nastoupil Helton do týmu Ripa Scherera v Memphisu rovněž jako trenér běžců. Helton zůstal ve štábu pod novým trenérem Tommym Westem, který v roce 2001 nahradil Scherera, a v roce 2003 přešel k trénování wide receiverů. V roce 2007 byl Helton povýšen na ofenzivního koordinátora a trenéra rozehrávačů. Mezi hráče, které Helton trénoval v Memphisu, patří DeAngelo Williams, který byl v roce 2005 vybrán v prvním kole draftu NFL, a Duke Calhoun, který se v roce 2006 stal nejlepším hráčem Conference USA.
Helton byl v roce 2010 najat USC jako trenér rozehrávačů pod vedením Lanea Kiffina. V roce 2013 byl povýšen na ofenzivního koordinátora. Helton působil jako dočasný hlavní trenér týmu během jejich bowlové hry poté, co předchozí dočasný hlavní trenér Ed Orgeron odstoupil po nástupu Steva Sarkisiana. Dne 11. října 2015 se opět stal prozatímním hlavním trenérem Trojanů poté, co si hlavní trenér Steve Sarkisian vzal dovolenou a následně byl propuštěn. Dne 30. listopadu 2015 USC zrušilo označení dočasný trenér a jmenovalo Heltona stálým hlavním trenérem. Poté, co byl Helton jmenován stálým hlavním trenérem, prohrálo USC poslední dva zápasy sezóny 2015 se Stanfordem v zápase o titul mistra Pac-12 a s Wisconsinem v Holiday Bowlu. V Heltonově první kompletní sezóně ve funkci hlavního trenéra USC začalo 1:3 s prohrami s Alabamou, Stanfordem a Utahem, ale poté vyhrálo posledních 8 zápasů základní části sezóny 2016 a také Rose Bowl proti Penn State, aby sezónu zakončilo s bilancí 10-3 a třetím místem v anketě AP.