Mykle var også en pionér som utøvende kunstner innen norsk dukketeater. Sammen med sin kone Jane Mykle etablerte han Norsk Dukketeater i 1949, og de to skrev viktige lærebøker innen dette emnet. Det var lenge en utbredt oppfatning, også blant norske figurteaterkunstnere, at det var Agnar og Jane Mykle som introduserte dukketeateret i Norge. Anne Helgesen har imidlertid påvist i sin doktorgradsavhandling at dette ikke stemmer, ettersom det har blitt spilt dukketeater rundt om i Norge i mange århundrer.