Choć praca dostarczała mu satysfakcji, z czasem odkrył, że bardziej interesuje go sztuka niż nauczanie.

Na potrzeby zajęć stworzył edukacyjny komiks The Intertidal Zone, przedstawiający antropomorficzne formy życia morskiego, które stały się inspiracją dla późniejszych bohaterów serialu SpongeBob Kanciastoporty. Jedną z postaci był „Bob Gąbka”, przypominający realistyczną gąbkę morską. Próby publikacji komiksu zakończyły się jednak niepowodzeniem.

W drugiej połowie lat 80. Hillenburg zaczął interesować się animacją, uczestnicząc w festiwalach takich jak International Tournée of Animation czy Spike and Mike's Festival of Animation. W 1987 roku zrezygnował z pracy nauczyciela, aby poświęcić się animacji, a dwa lata później rozpoczął studia w programie animacji eksperymentalnej w California Institute of the Arts (CalArts). Studiował pod kierunkiem Julesa Engela, którego uważał za swojego mentora. Hillenburg ukończył studia w 1992 roku, uzyskując tytuł magistra sztuk pięknych w dziedzinie animacji eksperymentalnej.