Кай родился 17 января 1963 года в Гамбурге, ФРГ. С пятнадцати лет играл в малоизвестной хэви-метал группе Fist. После её распада стал основателем Helloween, где был основным автором музыки и текстов. Хотя Кай не занимался вокалом профессионально, он также пел на дебютных альбомах - Helloween и Walls of Jericho. Вокальная манера Кая - очень высокий, резкий фальцет - впоследствии копировалась некоторыми другими исполнителями пауэр-метал.

Из-за личных разногласий Хансен покинул Helloween в 1989 году и основал аналогичную по стилю группу Gamma Ray, в которой играет и поет до сих пор. Также с 1997 по 2001 Кай был гитаристом группы Iron Savior.

Кай принял участие в большом количестве сайд-проектов. Он помог группе Blind Guardian в записи альбомов Follow the Blind и Tales from the Twilight World в качестве третьего гитариста и спел дуэтом с Ханси Кюршем песню Valhalla. Вместе с шведской группой HammerFall он записывал альбом кавер-версий на песни Helloween, из которых был выпущен только сингл I Want Out с дуэтом Хансена и Йоакима Канса. Кай сыграл роль гнома Регрина в рок-опере Тобиаса Саммета Avantasia.