Kai Fjell var en hovedfigur i 1930-årenes romantisk-ekspressive norske maleri, i klar opposisjon til den mer dominerende formalistiske retning. Knappe 30 år gammel ble han utropt til “Edvard Munchs etterfølger”. En kritiker kalte ham “kvinnens ridderlige tolker, grokreftenes og den lengselfulle og stundom melankolske Eros' poet”.
Fjell vokste opp på skogsgården Andorsrud i daværende Skoger kommune i Vestfold og fikk sin skolegang på Drammens latinskole. Fra sine tidligste år var han opptatt med å tegne og å studere dyreliv, og her hentet han avgjørende støtte fra sin tegnelærer, maleren Nils Skjelbred. Da han senere flyttet med familien til Nordby øst for Elverum, kunne han kombinere gårdsarbeid med å tegne og male og samle inntrykk av det som skulle bli hans viktigste motivkilde i en uvanlig rikt sammensatt billedverden: nære natur- og fellesmenneskelige relasjoner i et norsk bygdesamfunn.
Studieårene i Oslo på Carl von Hannos malerskole, på SHKS under August Eiebakke og Kunstakademiet under Axel Revold ble heller frustrerende. Det førte ham over i reklamebransjen, og en tid arbeidet han som dekoratør. Et Paris-opphold finansiert av illustrasjoner til en barnebok skrevet av hans tante, Marie Hamsun, gav heller ikke forløsende impulser som billedkunstner. Derimot ble møtet med en mønstring av tyske ekspresjonistiske malere i Kunstnernes Hus vinteren 1932 starten på en serie mørkstemte bilder i en barsk, uflidd stil, med dramatiske motiver og makabre titler som Abort, Likkjøreren og Barnemord. De vakte ikke særlig anerkjennelse hos publikum og blant kritikerne. Dominerende svarte og gråbrune farger lettet ikke akkurat tilegnelsen, men malerens voldsomme uttrykksbehov var det ikke mulig å ta feil av.
Snart ble hans dystre billedverden fylt av lettere klanger i blått, grønt og med innslag av lysende rødt og gult, i en skala som med Fjells særlige sans for bildets musikalitet gav seg uttrykk som forener ekspressiv kraft med koloristisk rikdom og fylde. På en separatutstilling i Kunstnernes Hus i Oslo vinteren 1937 presenterte han en del arbeider som kom til å bli stående som helt sentrale i hans livsverk, med titler som Kalven reiser seg, Under takrenna, Modellenes hyllest, Musikanten og Gratulanter. Utstillingen vakte nasjonal oppmerksomhet. En karakteristikk lød: “Kunst sånn som den skal være, en personlighetens manifestasjon, den absolutte uavhengighet, absolutte frihet.” Alle bildene ble solgt, og Nasjonalgalleriet kjøpte to av de nevnte arbeider.
Fjell ble av enkelte utropt til “Edvard Munchs etterfølger”. En viss likhet i selve formspråket fikk mange til å overse forskjellene; viktigst er vel Fjells overraskende bruk av symboler og vilkårlige proporsjoner mellom de ulike billedelementer, inspirert av surrealismen og studiet av psykoanalysen. Fjells arbeider representerer en på et helt annet vis sammensatt og flertydig billedverden, som også bærer i seg trekk fra norsk folkekunst, hentet fra opphold i Telemark. Som i folkekunsten går visse temaer igjen: Kvinnen, ung og forventningsfull, fjern og utilnærmelig, eller også tynget av sorg. Et annet motiv er spillemannen; billedlig representerer han kunstnerens lengsel og drøm og er med på å fremheve bildets musikalitet, de glidende strøk og myke overganger og en ornamental utbrodering av flaten som bringer tanken hen på orientalsk kunst. Dette er særtrekk ved Fjells billedverden som cellisten Gregor Piatigorsky karakteriserte som det ypperste – ved siden av Chaplins filmatiske uttrykk – av menneskelig kunst i samtiden.
Mens maleriet utfoldet seg videre i stadig mer harmonisk og til dels dekorativt forenklet form, fikk kunstneren utløp for sin skaperevne i andre sjangere: i myke pasteller, i kjapt nedrissede strektegninger, som bokillustratør og som scenograf. Hans nye og på mange vis banebrytende dekorasjoner til Ibsens Fruen fra havet og Peer Gynt, T. S. Eliots Cocktail Party og til norske dramatikere som Ernst Orvil og Solveig Christov har sammen med hans scenografi til flere Strindberg-oppførelser sikret Fjell en varig plass i norsk scenekunst. Som illustratør blir han særlig husket for illustrasjonene til Claes Gills Fragment av et magisk liv, Per Arnebergs gjendiktning av W. Whitmans Sangen om meg selv og Rolf Stenersens Spinn etter Rimbaud. I enda sterkere grad enn i maleriet flommer her uhindret Fjells spontane, myldrende assosiasjonsrikdom beslektet med surrealistenes.
Han formulerte selv sin oppfatning av kunstnerrollen: “Jeg kan si det slik at en overgir seg til naturkreftene, blir et prisme de spiller i. Og jo mer en overgir seg desto større skaperkraft.” Men kunstneren skal styre prosessen og rense opp i underbevisstheten. Bare den som kjenner sin bevissthet og har kontroll over den, har kanskje lov til å utslette den noen øyeblikk. En slik selvbevissthet – kombinert med kravet til egen integritet – gikk hos Kai Fjell over i skyhet overfor personfokusering. Unntaket var samarbeidet med Erik Egeland om biografien om kunstneren (1977) og sparsomme avisintervjuer. Kunstneren overlot til bildene alene å kommunisere med en verden utenfor hans fristed på Lysaker ved Oslo. De var vitnesbyrd fra hans tanke- og følelsesliv og ikke personlige notater for andre å grafse i.
Med klar oppfatning av kunstens mål og midler fikk Fjell forme ikke bare rammen om teateroppføringer, men ved siden av illustrasjoner, pasteller og store staffelibilder også monumentalutsmykninger, bl.a. Regjeringsbygget (1959) og Bakkehaugen kirke (1960) i Oslo, begge utført i sandblåst betong sammen med Carl Nesjar, i kirken også glassmosaikk. Avgangshallen i Oslo Lufthavn Fornebu (1965–68) dekorerte han med maleri på lerret sammen med Snorre Andersen.
Kai Fjell representerte Norge på Venezia-biennalen 1953 og var hovedutstiller under Festspillene i Bergen 1971; samme år hadde han også en separatutstilling i Oslo. En større retrospektiv mønstring ble vist i Henie-Onstad Kunstsenter på Høvikodden 1977. Fjell var medlem av den faste jury 1939. Foruten i Nasjonalgalleriet er han representert med arbeider i bl.a. Rolf Stenersens samlinger i Oslo og Bergen, kunstmuseene i Bergen, Trondheim og Lillehammer, Göteborgs Konstmuseum, Moderna Museet i Stockholm og Ateneum i Helsingfors.