In 1995 schreef Helton zich in bij Duke University en werd hij graduate assistant bij het Duke Blue Devils football team onder Fred Goldsmith. Helton werd later gepromoveerd tot running backs coach in 1996.
Helton ging in 1997 bij zijn vader in Houston aan de slag als running backs coach en bleef in die functie tot 1999, Kim Helton’s laatste seizoen als hoofdcoach.
Na zijn vertrek uit Houston ging Helton aan de slag bij Rip Scherer in Memphis, ook als running backs coach. Helton bleef in de staf onder de nieuwe coach Tommy West, die Scherer verving in 2001, en verhuisde naar het coachen van de wide receivers in 2003. In 2007 werd Helton gepromoveerd tot offensief coördinator en quarterbacks coach. Spelers die Helton bij Memphis coachte zijn onder meer DeAngelo Williams, een eerste-ronde NFL draft pick in 2005, en 2006 Conference USA All-Freshman pick Duke Calhoun.
Helton werd in 2010 door USC ingehuurd als quarterbacks coach onder Lane Kiffin. In 2013 werd hij gepromoveerd tot offensief coördinator. Helton diende als interim-hoofdcoach van het team tijdens hun bowl-wedstrijd nadat hun vorige interim-hoofdcoach, Ed Orgeron, ontslag nam na de aanwerving van Steve Sarkisian. Op 11 oktober 2015 werd hij opnieuw de interim-hoofdcoach van de Trojans nadat hoofdcoach Steve Sarkisian verlof had genomen, en vervolgens werd ontslagen. Op 30 november 2015 verwijderde USC het interim-tag en benoemde Helton tot de permanente hoofdcoach. Nadat Helton tot de permanente hoofdcoach was benoemd, verloor USC zijn laatste 2 wedstrijden van het seizoen 2015 van Stanford in de Pac-12 championship game en Wisconsin in de Holiday Bowl. In Helton’s eerste volledige seizoen als hoofdcoach begon USC met 1-3 met verliezen tegen Alabama, Stanford en Utah, maar won vervolgens zijn laatste 8 wedstrijden van het reguliere seizoen 2016, evenals de Rose Bowl tegen Penn State om het seizoen af te sluiten met een record van 10-3 en de derde plaats in de AP poll.