Hellholm studerte ved Betelseminaret i Stockholm fra 1961 til 1963 og var prest i Sverige fra 1964 til 1966. Deretter studerte han ved baptistenes teologiske seminar (IBTS) i Sveits. Han fikk doktorgraden ved Universitetet i Uppsala i 1980 med en avhandling om . I 1983 overtok han etter Gaute Gunleiksrud som lektor ved Universitetet i Bergen. I 1990 ble han professor ved Universitetet i Oslo, og beholdt stillingen til han gikk av i 2008.