Kai Tietje absolvierte zunächst in Düsseldorf ein Studium zum Diplom-Ton- und Bildingenieur, bevor er seine musikalische Ausbildung an der dortigen Robert-Schumann-Hochschule in den Fächern Dirigieren und Klavier fortsetzte und mit Auszeichnung abschloss. Nach dem Studium ging er 2000 als Kapellmeister ans Musiktheater im Revier Gelsenkirchen, wo er für zahlreiche Einstudierungen von Opern, Operetten und insbesondere Musicals verantwortlich zeichnete. So brachte er u. a. das Schalke-Musical Nullvier – Keiner kommt an Gott vorbei zur Uraufführung. Für die Musikalische Leitung der Musicals Crazy For You und Anything Goes wurde er 2002 mit dem Gelsenkirchener Theaterpreis ausgezeichnet. Zwischen 2010 und 2012 war er Dirigent bei den Vereinigten Bühnen Wien (Ich war noch niemals in New York, Sister Act, Tanz der Vampire). Am Landestheater Linz war er von 2012 bis 2015 Kapellmeister und Musikalischer Leiter der Musicalsparte und dort für alle Neuproduktionen verantwortlich. Gastengagements als Musical-Dirigent führten ihn in der Folge u. a. nach Nürnberg, Dortmund und Basel. Seit 2014 ist er außerdem ständiger Gastdirigent an der Komischen Oper Berlin (Clivia, Spoliansky Revue, Roxy und ihr Wunderteam); seit 2018 arbeitet er als Gastdirigent mit dem WDR Funkhausorchester Köln.
Neben seiner Dirigiertätigkeit arbeitet Kai Tietje als Bearbeiter und Arrangeur von Operetten, Musicals und Songs sowie als Entwickler neuer Stücke. Er schrieb zahlreiche von der Fachwelt gepriesene Orchesterarrangements und Neubearbeitungen, u. a. für die Volksoper Wien, das Theater Basel, das Hessische Staatstheater Wiesbaden und die Staatsoper Hannover. 2018 brachte er z. B. in Winterthur mit Die Rache der Fledermaus eine gefeierte, witzig-parodistische Fassung der Strauß-Operette mit den Geschwistern Pfister in den Hauptrollen heraus. Ausgehend von Kurt Weills Song-Skizzen zum Thema Huckleberry Finn entwickelte er zudem mit dem Autor John von Düffel die Kinderoper Tom Sawyer für die Komische Oper Berlin, die im Februar 2023 uraufgeführt wurde. Nach seiner Musikalischen Leitung des DomplatzOpenAir-Musicals Catch Me If You Can im Sommer 2023 leitete er am Theater Magdeburg in der Spielzeit 23/24 Paul Abrahams Operette Die Blume von Hawaii. In der Spielzeit 25/26 erarbeitet er mit Regisseur Julien Chavaz erneut eine Revue-Operette – Nico Dostals Clivia.
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