Kay Johannsen studierte in Freiburg sowie in Boston/MA als Stipendiat der Studienstiftung des Deutschen Volkes sowie der Bruno Walter Memorial Foundation, New York. Seit 1994 ist er Stiftskantor und -organist in Stuttgart und leitet die Stunde der Kirchenmusik. Seit 2021 unterrichtet er außerdem als Dozent für Orgel an der Hochschule Luzern - Musik, seit September 24 als Professor. 2023 hat er im PhD-Programm Artistic Research der Hochschule Luzern - Musik und der Musikhochschule Freiburg eine Dissertation zum Thema Programmatische Orgelimprovisation begonnen. 

Er gewann den Preis des Deutschen Musikwettbewerbs 1988 (Orgel) sowie mit der von ihm gegründeten Stuttgarter Kantorei 1. und 2. Preise beim Deutschen Chorwettbewerb (Kiel 2006, Weimar 2014, Freiburg 2018). Seit vielen Jahren ist er Juror beim Deutschen Musikwettbewerb.

Rund 30 Orgel- und Ensemble-CDs mit Werken von Bach, Mendelssohn, Brahms, Franck, Reger, Widor und Vierne sind bei Carus, hänssler classic, Animato und ars musici erschienen, Kompositionen bei Carus, Schott, Strube, Helbling und Norsk. Seine CDs Sunrise und Rejoice (Carus 2017, 2018) enthalten ausschließlich eigene Kompositionen für Orgel, Orgel und Orchester sowie für Chor a cappella bzw. mit verschiedenen Instrumenten. Seine jüngsten Orgelkompositionen sind Light Scenes (2024), Flying Rhythms, Adoration, Colours in Motion, Shanghai Skyscrapers, Sunrise, Song of Hope und The Great Wall, außerdem das Concerto for organ, strings and percussion und Entre nous für Orgel und Marimba. Für große Besetzungen schrieb er zahlreiche Werke wie das Schlagzeugkonzert, die Orgeloper Nachtbus oder 2017/18 das Oratorium Credo in Deum, das 2019 beim Label Animato erschienen ist.

Orgelkonzerte und Gastdirigate führen Kay Johannsen seit vielen Jahren in alle Welt, etwa in große Konzertsäle in Berlin, Frankfurt, Stuttgart, Nürnberg, Zürich, St. Petersburg, Samara, Jekaterinburg, Moskau, Beijing, Shanghai, Qingdao, Seoul, Tokio und viele mehr, außerdem in unzählige Kathedralen und Dome wie jene in Köln, München, Hamburg, Berlin, Dresden, Leipzig, Erfurt, Freiburg, Luzern, Bern, Zürich, Genf, Lausanne, Paris, Strasbourg, Moskau, Kiew, Boston/MA, Mexiko City, Havanna oder Nairobi. 

Zu seinen großen Projekten 2025 gehört die Fortsetzung des Zyklus' |: Mendelssohn :| der Stiftsmusik mit einem Orgelkonzert, einem Motetten- sowie einem Psalmen-Konzert mit dem solistenensemble stimmkunst und der Aufführung des Lobgesangs mit der Stuttgarter Kantorei. Außerdem dirigiert Kay Johannsen Verdis Requiem im traditionellen Karfreitagskonzert in der Stuttgarter Stiftskirche. Er wird bei zahlreichen Orgelkonzerten im In- und Ausland zu hören sein, spielt das Orgelkonzert von Poulenc mit den Stuttgarter Philharmonikern und ist im September bei den Impulstagen für Kirchenmusik an der Hochschule Luzern als Pädagoge zum Thema Orgelmusik von J.S. Bach zu erleben.

Auf dem YouTube-Kanal Kay Johannsen, der menr als 7200 Abonnenten verzeichnet, sind über 550 Videos mit Orgel- und Ensemblemusik sowie eigenen Improvisationen und Kompositionen zu sehen.