Kai Tietje absolvierte in Düsseldorf zunächst ein Studium zum Toningenieur, bevor er seine musikalische Ausbildung an derselben Hochschule in den Fächern Dirigieren und Klavier fortsetzte und mit Auszeichnung abschloss.
Von 2000 an wirkte er am Musiktheater Gelsenkirchen, ab 2008 folgten Gastengagements am Staatstheater Nürnberg (Silk Stockings, Sweet Charity), am Theater Dortmund, am Staatstheater Kassel und danach u.a. bei den Vereinigten Bühnen Wien (Tanz der Vampire, Sister Act) und bei den Bad Hersfelder Festspielen (Anatevka).
Von 2012 bis 2015 war er Musikalischer Leiter der Musicalsparte am Landestheater Linz und dort für alle Produktionen (Les Miserables, Showboat, Next To Normal u.v.a.) musikalisch verantwortlich. Seit 2014 ist er ständiger Gastdirigent und Arrangeur an der Komischen Oper Berlin (Clivia, Arizona Lady, Tom Sawyer u.v.a.) und an der Volksoper Wien (Axel an der Himmelstür, Die Dubarry u.a.).
Seine Stückbearbeitungen und Orchesterarrangements werden an vielen Theatern wie der Staatsoper Hannover, den Staatstheatern Nürnberg und Kassel, dem Theater Magdeburg etc. gespielt.
Mit dem Regisseur Stefan Huber entwickelte und leitete er 2015 das Musical Io senza te sowie 2022 Oh läck du mir für das Theater 11 in Zürich. 2018 brachte das Team im Casinotheater Winterthur mit Die Rache der Fledermaus eine gefeierte Kammerfassung der Strauss-Operette heraus, die auch ans Bernhard Theater Zürich, an die Komische Oper Berlin und zu den Bad Hersfelder Festspielen gelangte.