En 1995, Helton s’inscrit à l’Université Duke et devient assistant diplômé de l’équipe de football des Blue Devils de Duke sous la direction de Fred Goldsmith. Helton a ensuite été promu entraîneur des running backs en 1996.
Helton a rejoint son père à Houston pour être entraîneur des running backs en 1997 et est resté à ce poste jusqu’en 1999, la dernière saison de Kim Helton en tant qu’entraîneur principal.
Après avoir quitté Houston, Helton a rejoint le personnel de Rip Scherer à Memphis également comme entraîneur des running backs. Helton est resté dans le staff du nouvel entraîneur Tommy West, qui a remplacé Scherer en 2001, et est passé à l’entraînement des receveurs larges en 2003. En 2007, Helton a été promu coordinateur offensif et entraîneur des quarterbacks. Les joueurs qu’Helton a entraînés à Memphis comprennent DeAngelo Williams, un choix de premier tour de la NFL en 2005, et le choix All-Freshman de la Conférence USA en 2006, Duke Calhoun.
Helton a été embauché par l’USC pour être entraîneur des quarterbacks en 2010 sous la direction de Lane Kiffin. En 2013, il a été promu coordinateur offensif. Helton a servi d’entraîneur-chef intérimaire de l’équipe pendant leur match de bowl après que leur précédent entraîneur-chef intérimaire, Ed Orgeron, ait démissionné suite à l’embauche de Steve Sarkisian. Le 11 octobre 2015, il est redevenu l’entraîneur-chef intérimaire des Trojans après que l’entraîneur-chef Steve Sarkisian a pris un congé, puis a été ensuite licencié. Le 30 novembre 2015, l’USC a retiré l’étiquette d’intérimaire et a nommé Helton comme entraîneur principal permanent. Après la nomination de Helton comme entraîneur principal permanent, l’USC a perdu ses 2 derniers matchs de la saison 2015 contre Stanford dans le match de championnat du Pac-12 et le Wisconsin dans le Holiday Bowl. Lors de la première saison complète de Helton en tant qu’entraîneur principal, l’USC a commencé par 1-3 avec des défaites contre l’Alabama, Stanford et l’Utah, mais a ensuite remporté ses 8 derniers matchs de la saison régulière 2016 ainsi que le Rose Bowl contre Penn State pour terminer la saison avec un record de 10-3 et une troisième place dans le sondage AP.