1995 skrev Helton in sig på Duke University och blev assisterande lärare för Duke Blue Devils fotbollslag under Fred Goldsmith. Helton befordrades senare till running backs coach 1996.
Helton anslöt sig till sin far i Houston för att bli running backs coach 1997 och förblev på den positionen fram till 1999, Kim Heltons sista säsong som huvudtränare.
Efter att ha lämnat Houston anslöt sig Helton till Rip Scherers stab i Memphis också som running backs coach. Helton stannade kvar i staben under den nya tränaren Tommy West, som ersatte Scherer 2001, och gick över till att coacha wide receivers 2003. År 2007 befordrades Helton till offensiv koordinator och quarterbackscoach. Spelare som Helton coachade i Memphis är bland annat DeAngelo Williams, som valdes in i NFL:s första runda 2005, och Duke Calhoun, som valdes in i Conference USA som nykomling 2006.
Helton anställdes 2010 av USC som quarterbackscoach under Lane Kiffin. År 2013 befordrades han till offensiv koordinator. Helton fungerade som lagets tillfälliga huvudtränare under deras bowlingmatch efter att deras tidigare tillfälliga huvudtränare, Ed Orgeron, avgick efter att Steve Sarkisian anställts. Den 11 oktober 2015 blev han återigen tillfällig huvudtränare för Trojans efter att huvudtränaren Steve Sarkisian tagit tjänstledigt och därefter fått sparken. Den 30 november 2015 tog USC bort interimstämpeln och utsåg Helton till permanent huvudtränare. Efter att Helton utsetts till permanent huvudtränare förlorade USC sina två sista matcher under säsongen 2015 mot Stanford i Pac-12-mästerskapsmatchen och Wisconsin i Holiday Bowl. Under Heltons första hela säsong som huvudtränare började USC 1-3 med förluster mot Alabama, Stanford och Utah, men vann sedan de åtta sista matcherna under den ordinarie säsongen 2016 samt Rose Bowl mot Penn State för att avsluta säsongen med ett resultat på 10-3 och en tredjeplats i AP-poll.
.