Il 13 luglio ha giocato il primo incontro nelle competizioni europee per club, scendendo in campo in luogo di Morten Moldskred nella vittoria per 5-0 sugli islandesi del Breiðablik, in un incontro valido per il secondo turno preliminare della Champions League 2011-2012.[3] Il 28 agosto ha firmato un rinnovo contrattuale valido per altri due anni e mezzo.[4] Il 29 agosto ha segnato la prima rete nella massima divisione norvegese, nel 7-0 inflitto all'Odd Grenland.[5]
Il 31 agosto 2012, è passato in prestito al Ranheim fino al termine della stagione.[6] A fine stagione, è tornato al Rosenborg.[7] Il 29 marzo 2013, ha prolungato il contratto che lo legava al club per altre tre stagioni.[8] Il 1º luglio successivo, in una sfida giocata con la squadra riserve del Rosenborg contro il Nardo, ha subito un grave infortunio al ginocchio che lo ha costretto ad un'operazione e a diversi mesi di stop.[9]
Il prestito al Sandnes Ulf
Il 24 marzo 2014 è passato in prestito al Sandnes Ulf.[10] Ha esordito con questa maglia il 30 marzo, sostituendo Steven Lennon nel pareggio per 1-1 contro l'Odd.[11] Il 30 aprile ha realizzato la prima rete in squadra, nel successo casalingo per 2-1 contro lo Stabæk.[12] La squadra è retrocessa in 1. divisjon al termine della stagione: Midtsjø ha totalizzato 28 presenze e 5 reti in squadra nel corso dell'anno.
Il ritorno al Rosenborg
Terminato il prestito, è tornato al Rosenborg in vista del campionato 2015.[13] Il 29 giugno 2016 ha rinnovato il contratto che lo legava al Rosenborg fino al 2020.[14] Il 24 ottobre successivo ha ricevuto la candidatura come miglior centrocampista del campionato al premio Kniksen.[15]
AZ Alkmaar
Il 26 agosto 2017, Midtsjø è passato all'AZ Alkmaar a titolo definitivo, legandosi al nuovo club con un contratto quinquennale: ha scelto di vestire la maglia numero 6.[16][17]
Galatasaray e Pendikspor
Il 2 agosto 2022, Midtsjø è stato acquistato a titolo definitivo dal Galatasaray, nella Süper Lig turca.[18][19]
Dopo una sola stagione in maglia giallorossa, il 7 settembre 2023 passa a titolo definitivo al Pendikspor, sempre nella massima serie nazionale.[20]
Nazionale
Midtsjø ha rappresentato la Norvegia a livello Under-16, Under-17, Under-18, Under-19, Under-20, Under-21 e Under-23.[21] Per quanto concerne la selezione Under-21, ha esordito in data 6 febbraio 2013: è stato schierato titolare nella sconfitta per 2-0 arrivata sul campo della Turchia.[22]