Seit 1994 ist die Stiftskirche Stuttgart, Hauptkirche der Stadt und der Region, sein musikalisches Zentrum. Hier leitet der Stiftskantor und Kirchenmusikdirektor die Ensembles Stuttgarter Kantorei, solistenensemble stimmkunst, Stiftsphilharmonie Stuttgart sowie Stiftsbarock Stuttgart und verantwortet als künstlerischer Leiter der Stiftsmusik Stuttgart unter anderem die wöchentliche Stunde der Kirchenmusik mit jährlich 20.000 Zuhörern. Eine nicht versiegende Inspirationsquelle ist für ihn die Mühleisen-Orgel der Stiftskirche mit 81 Registern auf vier Manualen.

Auch als Chor- und Ensembleleiter gewann er zahlreiche Preise, z. B. bei den Deutschen Chorwettbewerben (Kiel 2006, Weimar 2014 und Freiburg 2018) oder den Landeschorwettbewerben Baden-Württemberg (2005, 2013 und 2017).

Kompositionen von Kay Johannsen sind bei Carus, Schott, Strube, Helbling und Norsk erschienen. Seine jüngsten Orgelkompositionen sind „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.