Johannes Brandtzæg var en av de fremste lederne i norsk misjonsliv og blant grunnleggerne av Det norske lutherske Kinamisjonsforbund. Han styrte i mange år forbundets ungdomsskole og misjonsskole.
Hans far var en driftig væreier og gårdbruker, som drev det stort som handelsmann med fisk og fiskeprodukter. Da faren døde av tyfus 1871, overtok moren driften av handelsvirksomheten, og gjorde det godt. Hun var oppsatt på at barna skulle få skolegang, og 1873 ble Johannes sendt til Trondheim. 1880 tok han examen artium i Kristiania som preseterist. Som student prøvde han seg først på medisin, men etter 14 dager la han det vekk og begynte på jus – enda han helst ville begynt å studere teologi. Men han syntes han manglet den trosoverbevisning som skulle til. Høsten 1882 ble han omvendt til Gud da han hørte en preken av presten J. C. Heuch i Slottskapellet, og han begynte på teologistudiet.
I oktober 1882 kom den vidgjetne misjonæren og tidligere straffangen Lars Skrefsrud hjem fra Santalistan på ferie. Brandtzæg fikk misjonærkall, og skulle reise sammen med Skrefsrud til Santalistan. Men han ble syk, og måtte i stedet reise hjem til Abelvær. Årene som fulgte, var preget av sykdom, og han foretok reiser både i Europa og i Amerika. Flere steder oppsøkte han folk som bad for ham om helbredelse. Først i 1887 ble helsen så pass at han kunne ta opp igjen studiene, og 1889 ble han cand.theol. med svært gode karakterer.
Han tenkte ikke på å søke prestekall, men ble kalt til styrer for Bergens Indremisjons bibelskole – Emissærskolen. I mars 1890 ble han valgt til formann i en nemnd for Kinamisjonen. På et møte i Bergen 27. oktober ble det avklart at Det Norske Misjonsselskap ikke ville drive misjon i Kina, og dagen etter ble det valgt et midlertidig sentralstyre for misjon i Kina, med Brandtzæg som formann. I mai 1891 ble så Det norske lutherske Kinamisjonsforbund stiftet.
Motsetningene mellom det troende, radikale lekfolk som stod bak Kinamisjonsforbundet og presteskapet i Den norske kirke, ble større da tre biskoper året etter nektet å ordinere Brandtzæg. Han var da i ferd med å reise ut til Kina som misjonær, og gjorde det uten å være ordinert. Dette kom til å sette varig preg på misjonen og forholdet til Den norske kirkes offisielle struktur.
Like før jul 1891 kom Brandtzæg til Hankow i Kina, men på grunn av dårlig helse, kom han tilbake til Norge allerede høsten 1892. Han giftet seg med den formuende Thina Schou, og misjonens fellesstyre kalte ham til sekretær og formann. Det ble opptakten til at han i mer enn en menneskealder ble stående som en av de fremste lederne i norsk misjons- og kirkeliv.
Brandtzæg var en moderat fører for en radikal fylking, avbalansert og rolig midt i den striden som misjonen ofte måtte kjempe. Han leverte den teologiske begrunnelse for det lekmannssyn som fortsatt preger misjonen, der friheten blir poengtert. Han redigerte forbundets blad Kineseren fra 1893 til 1929. Under hans ledelse vokste misjonen kraftig, på tross av at den nesten ble splittet rundt århundreskiftet på grunn av strid om ordinasjonen. Den endte med at uavhengigheten overfor kirkestrukturen ble ytterligere markert.
Ungdomsskolen på Framnes i Norheimsund reiste Brandtzæg av egne og hustruens midler 1897. Misjonsskolen som misjonen eide, ble bygd på samme sted, og skolene betydde mye for rekrutteringen av emissærer, misjonærer og medlemmer. 1912 kjøpte misjonen villaen Fjellhaug på Sinsen, med 7 mål tomt, og her ble den nye misjonsskolen bygd året etter. 1913–14 ble misjonens hovedsete ført til Kristiania fra Bergen.
Brandtzæg var i 38 år Kinamisjonsforbundets naturlige og ubestridte leder. Han blir omtalt som en aristokrat som vant misjonsfolkets tillit med enkel, uegennyttig og bramfri ferd og med sine særegne evner som sjelesørger, forkynner og lærer. Hans fremtreden var mild og han kunne ofte skifte standpunkt, også i viktige saker. Brandtzæg var aktiv like til han døde 1931.