I 1995 blev Helton indskrevet på Duke University og blev gradueret assistent for Duke Blue Devils fodboldhold under Fred Goldsmith. Helton blev senere forfremmet som running backs coach i 1996.
Helton sluttede sig til sin far i Houston som running backs coach i 1997 og forblev i den stilling indtil 1999, Kim Heltons sidste sæson som cheftræner.
Efter at have forladt Houston, sluttede Helton sig til Rip Scherers stab i Memphis også som running backs coach. Helton blev på staben under den nye træner Tommy West, som erstattede Scherer i 2001, og flyttede til at være træner for wide receivers i 2003. I 2007 blev Helton forfremmet til offensiv koordinator og quarterbacks coach. Blandt de spillere, som Helton trænede i Memphis, kan nævnes DeAngelo Williams, der blev udvalgt i første runde af NFL-draften i 2005, og Duke Calhoun, der i 2006 blev udvalgt til Conference USA All-Freshman i 2006.
Helton blev ansat af USC som quarterbackscoach i 2010 under Lane Kiffin. I 2013 blev han forfremmet til offensiv koordinator. Helton fungerede som holdets midlertidige cheftræner under deres bowlkamp, efter at deres tidligere midlertidige cheftræner, Ed Orgeron, sagde op efter ansættelsen af Steve Sarkisian. Den 11. oktober 2015 blev han endnu engang midlertidig cheftræner for Trojans, efter at cheftræner Steve Sarkisian tog orlov og efterfølgende blev fyret. Den 30. november 2015 fjernede USC den midlertidige mærkning og udnævnte Helton til den permanente cheftræner. Efter Helton blev udnævnt til permanent cheftræner, tabte USC sine 2 sidste kampe i 2015-sæsonen til Stanford i Pac-12 mesterskabskampen og Wisconsin i Holiday Bowl. I Heltons første fulde sæson som cheftræner startede USC 1-3 med nederlag til Alabama, Stanford og Utah, men vandt derefter de sidste 8 kampe i den regulære sæson 2016 samt Rose Bowl mod Penn State for at slutte sæsonen med en rekord på 10-3 og en tredjeplads i AP poll.