Im Jahr 1995 schrieb sich Helton an der Duke University ein und wurde unter Fred Goldsmith Assistent im Footballteam der Duke Blue Devils. Helton wurde 1996 zum Running Backs Coach befördert.
Helton wechselte 1997 als Running Backs Coach zu seinem Vater nach Houston und blieb in dieser Position bis 1999, Kim Heltons letzter Saison als Head Coach.
Nach seinem Weggang aus Houston wechselte Helton zu Rip Scherer nach Memphis, ebenfalls als Running Backs Coach. Helton blieb unter dem neuen Trainer Tommy West, der Scherer 2001 ablöste, im Team und wechselte 2003 als Trainer der Wide Receiver. Bis 2007 wurde Helton zum Offensive Coordinator und Quarterbacks Coach befördert. Zu den Spielern, die Helton in Memphis trainierte, gehören DeAngelo Williams, der 2005 in die erste Runde des NFL-Drafts gewählt wurde, und Duke Calhoun, der 2006 in der Conference USA zum All-Freshman gewählt wurde.
Helton wurde 2010 von der USC als Quarterbacks Coach unter Lane Kiffin eingestellt. Im Jahr 2013 wurde er zum Offensive Coordinator befördert. Helton fungierte während des Bowl-Spiels als Interims-Cheftrainer des Teams, nachdem der vorherige Interims-Cheftrainer Ed Orgeron nach der Einstellung von Steve Sarkisian zurückgetreten war. Am 11. Oktober 2015 wurde er erneut Interims-Cheftrainer der Trojaner, nachdem Cheftrainer Steve Sarkisian beurlaubt und anschließend entlassen worden war. Am 30. November 2015 entfernte die USC den Interimstitel und ernannte Helton zum ständigen Cheftrainer. Nachdem Helton zum ständigen Cheftrainer ernannt wurde, verlor der USC seine letzten beiden Spiele der Saison 2015 gegen Stanford im Pac-12-Meisterschaftsspiel und gegen Wisconsin im Holiday Bowl. In Heltons erster kompletter Saison als Head Coach startete USC mit Niederlagen gegen Alabama, Stanford und Utah mit 1:3, gewann dann aber die letzten 8 Spiele der regulären Saison 2016 sowie den Rose Bowl gegen Penn State und beendete die Saison mit einer Bilanz von 10:3 und dem dritten Platz in der AP-Umfrage.