Bjørnstad var elev avRobert Riefling ogAmalie Christie, og han konsertdebuterte i 1971. Som musiker har han for det meste arbeidet i grenselandet mellom modernejazz ogrock. Han er særdeles produktiv, har komponert både større verk (musikaler) og enkle melodier. Han har satt musikk til tekster av blant andreKnut Hamsun ogEdvard Munch.

Blant en lang rekke album kan nevnes:

• debutenÅpning (1973)
• Berget det blå (1974)
• Leve Patagonia! (1978)
• Aniara (1983)
• Rift: En rockeopera (1991)
• The Sea (1995)
• The River (1996, duoinnspilling med cellisten David Darling)
• The Sea II (1997)
• Epigraphs (2000, med David Darling)

Bjørnstad har samarbeidet med blant andreTerje Rypdal,Ole Paus,Kari Bremnes, Anders Wyller og, ved flere anledninger,Lill Lindfors, for eksempel på albumetSalomos høysang (1995, også sammen med Tommy Nilsson). Han komponerte musikken tilLynni Treekrems albumHaugtussa (1995), som vant enSpellemannpris. Ved Vossajazz-festivalen i 2000 framførte han bestillingsverketGrace (utgitt på album i 2001), og ved festspillene i Nord-Norge i 2003Seafarer's Song (utgitt påCD i 2004).

Sju av hans album har nådd Topp 20 påVG-lista:

• Finnes du noensteds i kveld (1976)
• Selena (1977)
• Musikk for en lang natt (1978, medSigmund Groven)
• Leve Patagonia! (1978)
• Tidevann (1980)
• 30-årskrigen (1981, medStavangerensemblet)
• Engler i sneen (1982, filmmusikk)

Som forfatter har Bjørnstad også vært svært produktiv. Han debuterte som lyriker medAlene ut (1972), fulgt av diktsamlingenNærmere (1973) og kjærlighetsromanenNattsvermere (1974). Somromanforfatter har han særlig vært opptatt av problemer knyttet til den moderne mannsrollen. Blant hans mange romaner kan nevnesPavane (1976),Vinterbyen (1977),Bingo! (1981),Det personlige motiv (1985),Skumringsmulighetene (1990), den bredt anlagte slektsromanenVilla Europa (1992), trilogienDrift (1996),Drømmen om havet (1996) ogVeien til Dhaka (1997),Nåde (1998) og de tematisk beslektede romaneneFall (1999),Ludvig Hassels tusenårsskifte (2000) ogTesman (2003), som er satiriske samtidsromaner der moderne menn blir gjenstand for kritisk utlevering.

Til musikken (2004) er både enkunstnerroman og et familiedrama.Elven (2007) ogDamen i dalen (2009), som er frittstående fortsettelser avTil musikken, er dramatiske og medrivende beretninger om å fortolke livet og kjærligheten gjennom musikken.

I samtidsskildringenDe udødelige (2011) er temaene livskrise, omsorgsansvar, alderdom.

Bjørnstads interesse for det norske kunstnermiljøet på slutten av 1800-tallet og begynnelsen av 1900-tallet har funnet nedslag i de biografiske romaneneOda! (1983, omOda Krohg ogKristiania-bohemen) ogG-mollballaden (1986, omEdvard Grieg) samt biografieneHistorien omEdvard Munch (1993),Jæger (2001, omHans Jæger) ogFlammeslukeren –Ole Bull. En livshistorie (2005).Kolbein Falkeid – et nærbilde (2008) er en glitrende samtalebok om viktige temaer, og et møte mellom to søkende mennesker.

Bjørnstads romaner er oversatt til en rekke språk.

• Norefjell (Roman, Aschehoug, 2024)
• Downhill (Roman, Aschehoug, 2021)
• Verden som var min. Bind 5 : Tyvetallet (Roman, Aschehoug, 2019)
• Verden som var min. Bind 4 : Nittitallet (Roman, Aschehoug, 2018)
• Verden som var min. bind 3 : Åttitallet (Roman, Aschehoug, 2017)
• Verden som var min. bind 2 : Syttitallet (Roman, Aschehoug, 2016)
• Verden som var min. Bind 1: Sekstitallet (Roman, Aschehoug, 2015)
• Julefortellinger (Barnebok, Aschehoug, 2013)
• Ensomheten (Roman, Aschehoug, 2013)
• Verdens ende (Roman, Aschehoug, 2012)
• De udødelige (Roman, Aschehoug, 2011)
• Damen i dalen (Roman, Aschehoug, 2009)
• Kolbein Falkeid – et nærbilde (medforfatter) (Biografier og memoarer, Cappelen Damm, 2008)
• Flammeslukeren (Ole Bull) (Dokumentar og historie, Aschehoug, 2005)
• Liv Ullmann – Livslinjer (Biografier og memoarer, Aschehoug, 2005)
• Til musikken (Roman, Aschehoug, 2004)
• Tesman (Roman, Aschehoug, 2003)
• Dager og netter i Paris (Dokumentar og historie, Dinamo Forlag, 2003)
• Mannen som gikk på jorden (Samarb. Lage Fosheim/Torstein Bieler) (Roman, Gyldendal, 2002)
• Jæger (Biografier og memoarer, Aschehoug, 2001)
• Ludvig Hassels tusenårskifte (Roman, Aschehoug, 2000)
• Fall (Roman, Aschehoug, 1999)
• Nåde. (Roman, Aschehoug, 1998)
• Veien til Dhaka. (Roman, 1997)
• Drift. (Roman, 1996)
• Drømmen om havet. (Roman, 1996)
• Spill! Ole Bull og Myllarguten. (Dramatikk, 1995)
• Blåmann. Musikk og tekster gjennom 20 år. (Musikk, 1995)
• Barnevakt. (Roman, 1994)
• Historien om Edvard Munch. (Sakprosa, 1993)
• Villa Europa. (Roman, 1992)
• Skumringsmulighetene. (Roman, 1990)
• Stormen. (Roman, 1989)
• Oppstigning fra det usynlige. (Roman, 1988)
• G-moll balladen. (Sakprosa, 1986)
• Vi anklager! Treholtsaken og rettssikkerheten (medf).. (Sakprosa, 1986)
• Samtaler med Lill. (Biografier og memoarer, 1986)
• Det personlige motiv. (Roman, 1985)
• Oda. (Sakprosa, 1983)
• Bingo! Eller: En dyd av nødvendighet. (Roman, 1981)
• Landet på den andre siden. (Roman, 1979)
• Vinterbyen. (Roman, 1977)
• Pavane. (Roman, 1976)
• Kråker og Krigere. (Roman, 1975)
• Nattsvermere. (Roman, 1974)
• Nærmere. (Lyrikk, 1973)
• Alene ut (Lyrikk, 1972)

• Norges litteraturhistorie
• Ketil Bjørnstad i Norsk biografisk leksikon

• Aschehougs forfatterside om Ketil Bjørnstad