Der im Jahr 1975 in Dresden geborene Kay Mitzscherling erhielt seinen ersten Geigenunterricht im Alter von acht Jahren an der Musikschule Paul Büttner in Dresden. Danach besuchte er die Sächsische Spezialschule für Musik am Dresdner Carl Maria von Weber-Gymnasium und wurde bei Klaus Hoene und Heinz Rudolph unterrichtet.

Sein Violinstudium absolvierte er von 1995 bis 2001 an der gleichnamigen Hochschule bei Reinhard Ulbricht.

Von 1999 bis 2001 spielte Kay Mitzscherling erstmals als Substitut in der Staatskapelle Dresden. Seit 2002 ist er deren festes Mitglied in der Gruppe der 2. Violinen.