Als Stipendiat der Studienstiftung des deutschen Volkes und der Bruno Walter Memorial Foundation, New York, studierte Kay Johannsen Kirchenmusik, Orgel und Dirigieren in Freiburg und Boston. Seit 1994 ist er Kantor und Organist an der Stiftskirche Stuttgart und künstlerischer Leiter der „Stunde der Kirchenmusik“. 1998 wurde er zum Kirchenmusikdirektor ernannt. Mit der von ihm gegründeten Stuttgarter Kantorei gewann er beim Deutschen Chorwettbewerb 2006 in Kiel einen 1. Preis.

Er gewann mehrere Preise bei nationalen und internationalen Orgelwettbewerben, doch vor allem der 1. Preis beim Deutschen Musikwettbewerb in Bonn 1988 war für seine Karriere ausschlaggebend. Seither entstanden neben Rundfunkaufnahmen im In- und Ausland bisher 12 Solo-CDs mit Orgelwerken von Bach, Boëly, Mendelssohn, Brahms, Liszt, Franck, Reger, Widor und Förtig sowie Improvisationen. Für seine in der edition bachakademie veröffentlichten Bach-Einspielungen wurde er mit Preisen wie dem „Diaposon d’or“ und dem „Goldenen Bobby“ des Verbands deutscher Tonmeister ausgezeichnet. Bei Carus erschienen sind außerdem die Sechs Sonaten für Violine und Cembalo von Johann Sebastian Bach zusammen mit der Geigerin Christine Busch sowie 2005 die CD „Göttlichs Kind“ mit Advents- und Weihnachtsmusik von Telemann und dem solistenensemble stimmkunst unter der Leitung von Kay Johannsen. Eine weitere CD mit Orgelimprovisationen zu Passion und Ostern an der neuen Stiftsorgel ist eingespielt und erscheint Anfang 2007 bei Carus.

Seit seinem mit Auszeichnung abgeschlossenem Solistendiplom ist Kay Johannsen gefragter Organist bei Festivals in Europa, Asien, Südamerika, Südafrika und den USA. Als Solist in Konzerten und Orgelsymphonien von Händel, C.P.E. Bach, Bossi, Strauss, Rheinberger, Saint-Saëns, Dupré, Poulenc, Scriabin, Förtig, Katzer, von Bose und Rihm trat er mit vielen Symphonieorchestern im In- und Ausland auf. Seine außergewöhnliche Begabung als Generalbassspieler führte u.a. zur Zusammenarbeit mit den Berliner Philharmonikern unter Claudio Abbado, den Wiener Philharmonikern unter Trevor Pinnock oder den Berliner Barocksolisten.

Kay Johannsen unterrichtete Orgel an den Musikhochschulen in Karlsruhe und Freiburg sowie bei Kursen u.a. am Konservatorium in Kiew, beim Bach-Festival in Seoul oder wie jüngst im Auftrag des Goethe-Instituts in Havanna. Er ist Juror bei internationalen Wettbewerben wie in Lausanne und Alkmaar sowie beim Deutschen Musikwettbewerb in Berlin.

Seinen Ruf als hervorragender Bachinterpret begründete Kay Johannsen im Frühjahr 1997 mit der Aufführung des gesamten Orgelwerks in der Stuttgarter Stiftskirche. Mit der Stuttgarter Kantorei, dem Ensemble 94 und dem solistenensemble stimmkunst widmet er sich seither in besonderen thematischen Zyklen auch den Oratorien, Kantaten, Orchesterkonzerten und der Kammermusik. In 2003 debutierte er mit den Goldbergvariationen für Cembalo, 2004 folgte die Kunst der Fuge, 2005 das Wohltemperierte Klavier I, 2006 die Sechs Partiten. Im Jahr 2007 wird er zum zweiten Mal das gesamte Bachsche Orgelwerk in der Stuttgarter Stiftskirche aufführen. Der Zyklus beginnt am 21. März (Bachs Geburtstag) und endet am 28. Juli (Bachs Todestag).

Die dirigentische Laufbahn begann für Kay Johannsen früh: Mit 15 Jahren gründete er seinen ersten Chor. Während des Studiums folgte der studentische Neue Chor Freiburg. Wichtige Impulse erhielt er durch die Assistenz beim Freiburger Bachchor unter Hans-Michael Beuerle. Seine Arbeit mit der Stuttgarter Kantorei und dem Ensemble 94 ist programmatisch vielfältig und inzwischen weit über Stuttgart hinaus bekannt. Als Gast leitete Kay Johannsen so unterschiedliche Konzerte wie einen Orfeo-Abend mit Christine Schäfer und Mitgliedern der Berliner Philharmoniker in Berlin, die Aufführung von Bachs h-Moll-Messe mit dem Barockchor Seoul oder das Silvesterkonzert 2005 des Stuttgarter Kammerorchesters in der Stuttgarter Liederhalle. Im Rahmen des Abschlusskonzertes des Europäischen Musikfests 2006 dirigierte er bei einer Aufführung von Mozarts Kantate Davide penitente als Gast die Gächinger Kantorei und das Bach-Collegium Stuttgart.