Kai Tietje absolvierte zunächst ein Studium zum Toningenieur an der Robert Schumann Hochschule Düsseldorf, bevor er seine musikalische Ausbildung dort in den Fächern Dirigieren und Klavier fortsetzte und mit Auszeichnung abschloss. Von 2000 an wirkte er als Dirigent am Musiktheater Gelsenkirchen, 2008–2010 war er als Studienleiter und Kapellmeister am Theater Nordhausen beschäftigt, wo er auch die »Rock Meets Classic«-Reihe ins Leben rief, auf die bis heute viele Konzerte dieser Art folgten. Gastengagements u. a. am Staatstheater Nürnberg, Theater Dortmund, Staatstheater Kassel, den Bad Hersfelder Festspielen und feste Engagements an den Vereinigten Bühnen Wien und am Landestheater Linz bilden seine Karriere ab. Seit 2014 ist er ständiger Gastdirigent an der Komischen Oper Berlin, am Theater Magdeburg, am Theater Heilbronn und an der Volksoper Wien.

Seine Stückbearbeitungen und Orchesterarrangements werden von vielen Theatern und Orchestern gespielt. Er entwickelte die großen Schweizer Musicals »Io senza te« sowie »Oh, läck du mir!« für das Theater 11 in Zürich. 2018 brachte er im Casinotheater Winterthur mit »Die Rache der Fledermaus« eine gefeierte Kammerfassung der Strauß-Operette heraus, die danach noch an vielen anderen Orten gespielt wurde.