Kevin Vallejos zadebiutował zawodowo w mieszanych sztukach walki we wrześniu 2021 roku, pokonując Rocco Cenę przez techniczny nokaut na gali Supreme Warriors 6. Następnie występował w argentyńskiej organizacji Samurai Fight House, gdzie zdobył kilka regionalnych tytułów mistrzowskich w kategoriach koguciej, piórkowej i lekkiej. Wśród jego zwycięstw znalazła się również wygrana nad Luizem Eduardo Garagorrim(inne języki), byłym zawodnikiem UFC.
Dana White's Contender Series
Po zgromadzeniu jedenastu zwycięstw z rzędu Vallejos wystąpił 5 września 2023 roku w siódmej edycji programu Dana White's Contender Series(inne języki), gdzie zmierzył się z Jeanem Silvą. Przegrał pojedynek jednogłośną decyzją sędziów, ponosząc pierwszą porażkę w zawodowej karierze.
Po odniesieniu dwóch kolejnych zwycięstw na południowoamerykańskiej scenie MMA powrócił do programu 24 września 2024 roku, podczas siódmej gali ósmego sezonu. Pierwotnie jego rywalem miał być Luke Riley, który wycofał się z walki z powodu problemów wizowych i został zastąpiony przez niepokonanego wówczas Cama Teague'a. Vallejos wygrał przez nokaut w pierwszej rundzie, dzięki czemu otrzymał kontrakt z UFC.
Ultimate Fighting Championship
Vallejos zadebiutował w UFC 15 marca 2025 roku na gali UFC Fight Night 254, pokonując Seunga Woo Choi(inne języki) przez techniczny nokaut w pierwszej rundzie. Kolejny pojedynek stoczył 2 sierpnia 2025 roku na gali UFC on ESPN 71, gdzie zwyciężył Danny'ego Silvę jednogłośną decyzją sędziów.
13 grudnia 2025 roku zmierzył się z Gigą Chikadze w walce wieczoru poprzedzającej główny pojedynek gali UFC on ESPN 73. Vallejos znokautował rywala w drugiej rundzie za pomocą obrotowego uderzenia pięścią, za co otrzymał pierwszy bonus za występ wieczoru.
14 marca 2026 roku wystąpił w walce wieczoru gali UFC Fight Night 269 przeciwko Joshowi Emmettowi(inne języki). Zwyciężył przez techniczny nokaut w pierwszej rundzie, a za swój występ ponownie otrzymał bonus za występ wieczoru w wysokości 100 tysięcy dolarów.
