Johnsen var student fra 1896, tok graden cand. mag. i 1898 og ble dr. philos. i 1906 med avhandlingen . I 1906–07 studerte han med statsstipend i København, Paris og Berlin. Senere foretok han en rekke studiereiser til utlandet, bl. a. til England, Tyskland og Baltikum. Han var professor i historie ved Universitetet i Oslo fra 1913 til 1945.