Fra 1885 til 1893 var han instruktør ved Christiania Theater samt av og til med selv som skuespiller, som da han etterlignet faren i rollen som professor Tygesen i komedien «Geografi og Kærlighed» som faren skrev i 1885. Bjørnson sa opp stillingen sin i 1893 og jobbet ved Dagmarteateret i København, i alle fall fra 1895 til 1896. Han var sentral i etableringen av Nationaltheatret, og var dets første sjef fra 1899 til 1907 da han følte seg utslitt og ga seg. Etter å ha vært kulturjournalist rapporterende fra Mellom-Europa, var han atter Nationaltheatrets sjef fra 1923 til 1927. Han ga seg ikke som skuespiller før i 1929, fortsatt som nevnte Tygesen.