Kai Frömbgen trat 1999 seine Stelle in der Staatsphilharmonie Rh-Pf. Ludwigshafen an, bevor er 2003 als Solooboist zu den Bamberger Symphonikern wechselte. Von 2005 bis 2007 spielte er im Lucerne Festivalorchesters unter Claudio Abbado, 2012 wurde er Mitglied des Chamber Orchestra of Europe. Seit 2018 unterrichtet er an der Hochschule für Musik, Theater und Medien Hannover. Er ist Mitglied des Linos Ensembles.