مدرک لیسانس خود را در رشته «برنامه‌ریزی منابع طبیعی، با تأکید بر منابع دریایی» در سال 1984 دریافت کرد. در سال 1991 نیز از انستیتوی هنرهای کالیفرنیا موفق به دریافت فوق لیسانس خود در رشته «انیمیشن‌های تجربی» شد.

وی مدرس زیست‌شناسی دریایی در اسنتیتوی اوشن در کالیفرنیا بود. از سال 1984 تا 1987 نیز به عنوان زیست‌شناس دریایی مشغول به کار شد. از سال 1987 بود که هیلنبرگ تصمیم گرفت وارد دنیای انیمیشن، که همیشه به آن علاقه داشت شود. او در ابتدای راه چندین انیمیشن کوتاه ساخت که دو انیمیشن از بین آنها موفق به کسب جایزه شده و در جشنواره های بین‌المللی به نمایش درآمد. در ادامه و در زمانی که مشغول دریافت فوق لیسانسش بود، در زمینه برنامه‌های کودک مشغول به کار شد و در همین دوره بود که او با تام کنی آشنا شد. تام کنی بعدها صداگذار شخصیت باب‌اسفنجی شد. وی سپس با ایجاد تغییراتی در شخصیت اصلی داستان در نهایت توانست فیلم «باب‌ اسفنجی شلوار چهارخانه‌ای» را تولید و در سال 2004 روانه ی پرده سینماها کند. این فیلم مورد توجه بینندگان و منتقدان قرار گرفت و سبب شد این پروژه تا سالها ادامه یابد.