Начал клубную футбольную карьеру в 1995 году в «Волыни» (Луцк)[3]. С 1996 года входил в состав молодёжной сборной Украины. С 2000 по 2016 год выступал за сборную Украины. Является рекордсменом по числу проведённых матчей за сборную. В 1998—2016 годах играл в таких клубах, как «Шахтёр» (Донецк) (1998—2007), «Зенит» (2007—2009), «Бавария» (Германия) (2009—2013), «Кайрат» (Казахстан) (2015—2016)[3].
Анатолий Тимощук родился 30 марта 1979 года в Луцке[4]. С 6 лет тренировался в местной футбольной школе под руководством Владимира Байсаровича. Проведя 8 лет в ДЮСШ, перешёл в киевский спортивный интернат. Некоторое время вместе с Анатолием в спортшколе занималась его старшая сестра Инна. Однако из-за травмы колена она была вынуждена уйти из спорта[6].
Первой профессиональной командой Тимощука стала луцкая «Волынь», которую тренировал Виталий Кварцяный. В 1995 году Тимощук провёл своей первый матч в высшей лиге Украины. В 17-летнем возрасте (сезон 1995/96) параллельно с выступлениями за «Волынь» также принимал участие в Любительском чемпионате Украины по футболу в составе команды ЕНКО (Луцк), где отметился тремя голами в трёх встречах[7].
Тимощук получил известность, играя в донецком «Шахтёре». В этой команде он стал капитаном и игроком основного состава сборной Украины. В составе «Шахтёра» провёл 326 матчей и забил 39 голов, стал трёхкратным чемпионом Украины, а также обладателем трёх Кубков и Суперкубка страны[8].
На сайте донбасских «горняков» по результатам опроса, посвящённого 70-летию «Шахтёра», болельщики избрали Анатолия Тимощука капитаном символической сборной всех времён[9].
27 февраля 2007 года перешёл в петербургский «Зенит», который заплатил рекордный для постсоветского пространства трансфер — $20 млн. Сам Тимощук подписал четырёхлетний контракт, а его зарплата составила около $2,2 млн в год[10]. В составе питерского клуба украинец сразу же стал одним из самых важных футболистов.
«Я с радостью принял предложение, потому что это очень амбициозный клуб. Я видел амбициозного тренера, президента, которые стремятся к достижению целей»[11], — Тимощук о переходе в «Зенит».
11 марта Тимощук дебютировал в Российской премьер-лиге в матче против «Сатурна» (1 : 1)[12]. Через неделю забил дебютный гол за «сине-бело-голубых», поразив дальним ударом ворота «Ростова» (3 : 2) на 41-й минуте матча[13]. В следующем туре в поединке против московского «Спартака» (1 : 2) украинец сыграл не лучшим образом, заработав пенальти в свои ворота[14]. Вскоре после начала сезона в игре команды наступил спад. Вылет из Кубка России, потерянные очки и невнятная игра стали причиной обильной критики в адрес «Зенита»[15]. Также журналисты часто вспоминали трансферную стоимость Анатолия, замечая, что играет он вовсе не так хорошо, как должен[16][17].
В начале мая после лишения Андрея Аршавина капитанской повязки и отказа от неё Эрика Хагена Тимощук был назначен новым капитаном команды[18][19]. В матче 13-го тура чемпионата с «Химками» (2 : 2) украинец отличился с пенальти на 11-й минуте матча. Затем он отметился дублем в кубковом поединке с брянским «Динамо» (4 : 1)[20]. В 15-м туре забил головой победный гол в сложнейшем выездном матче против «Москвы» (1 : 0)[a]. Эта победа позволила «Зениту» завершить первый круг чемпионата на 1-м месте. Далее последовало несколько неудачных матчей, были потеряны необходимые очки. После матча с «Амкаром» футболист в своём блоге написал:
«Я знаю только один способ вернуть игру и результаты — тренировки. Через упорный труд можно достичь всего, какая бы цель перед тобой ни стояла. И даже если кто-то считает, что для этого необходимо остаться после занятий или в выходной день, значит, надо дорабатывать»[22].
8 августа Анатолий поучаствовал в «уничтожении» московского «Динамо» (9 : 3) в 1/8 финала Кубка России. В том матче Тимощук оформил хет-трик, столько же мячей забил Константин Зырянов, а Алехандро Домингес сделал дубль. Ещё один мяч был на счету Андрея Аршавина[23]. 11 ноября в заключительном туре первенства страны «питерцы» на выезде обыграли «Сатурн» (1 : 0) и впервые в своей истории завоевали звание чемпиона России[24]. По итогам сезона Тимощук был включён в ежегодный список 33 лучших игроков чемпионата, а также признан игроком года по версии популярного спортивного журнала «Спорт-Экспресс»[25].
Тимощук в матче против «Луч-Энергии». 16 июля 2008 года
В межсезонье сезона 2008 в товарищеских встречах Тимощук отметился двумя голами, а также удалением в матче с нидерландским клубом «АДО Ден Хааг» (1 : 0) уже на 12-й минуте[26]. В новом сезоне «Зенит» стартовал в Кубке УЕФА. 10 апреля 2008 года Тимощук в конце второго тайма не сумел реализовать 11-метровый в матче 1/4 финала Кубка УЕФА против немецкого «Байера 04», из-за чего клуб потерпел домашнее поражение со счётом 0 : 1[27]. 6 апреля в выездном матче 4-го тура против «Шинника» (2 : 2) Анатолий реализовал пенальти, однако клуб упустил победу на последних минутах[28]. В матче 12-го тура чемпионата украинец забил два гола в ворота «Томи» (5 : 1). Затем полузащитник дважды реализовывал пенальти в матчах с «Амкаром» (2 : 0) и «Рубином» (1 : 4)[29]. 14 мая на стадионе «Сити оф Манчестер» состоялся финал Кубка УЕФА, где «Зенит» обыграл шотландский «Рейнджерс» (2 : 0) и взял второй евротрофей в истории российского футбола. 29 августа «Зенит» выиграл Суперкубок УЕФА, обыграв «Манчестер Юнайтед» со счётом 2 : 1. Тимощук оказался первым и последним капитаном российского клуба, державшим в руках трофей, который вручается лучшим в европейском клубном футболе. Украинец проделал огромный объём полезной работы, приходил на помощь защитникам, организовывал атаки, став одним из главных героев поединка[30].
Осенью 2008 года мюнхенская «Бавария» предприняла попытку приобрести Анатолия, на их официальном сайте даже появилась новость, что с Тимощуком подписан контракт[31]. Но в итоге российский клуб отказался продавать своего лидера, поскольку не было времени найти ему замену. Всего в сезоне 2008 года полузащитник сыграл 44 матча (28 — в чемпионате и Суперкубке России и 16 — в еврокубках), в которых забил 6 мячей (5 из них — с пенальти) и отдал 2 голевые передачи. Также он оказался лучшим опорным полузащитником чемпионата России. На счету Тимощука было больше всего выигранных единоборств, а по числу передач его обошёл лишь партнёр по команде Игорь Денисов[32]. В том же году Тимощук был удостоен званий «Заслуженный работник физической культуры и спорта Украины», «Заслуженный мастер спорта России»[33], а также «Почётный гражданин Луцка»[34]. Руководство команды очень хотело сохранить его и предложило новый трёхлетний контракт на улучшенных условиях. Но полузащитник отказался его продлевать из-за желания перейти в «Баварию»[35].
Несмотря на разговоры о переходе, Тимощук остался в «Зените». Согласно пункту договора в марте 2009 года он мог покинуть российский клуб, в случае если за него заплатят определённую сумму[36]. Уже в первом матче сезона Тимощук забил победный гол в ворота «Штутгарта» (2 : 1) в 1/16 финала Кубка УЕФА. Также он забил единственный гол в ответном матче с «Удинезе» (1 : 0). Тем не менее «сине-бело-голубые» вылетели из розыгрыша турнира, так как в первой встрече уступили 0 : 2. Во внутреннем первенстве клуб играл тоже слабо. В последних матчах Тимощук допускал ошибки. Жёлтая карточка в матче с московским «Динамо» (0 : 1) не позволила украинцу в поединке с «Кубанью» (2 : 0) сыграть прощальный матч на «Петровском». Лишь после окончания игры капитан совершил круг почёта по стадиону, простившись с болельщиками[37]. 14 июня 2009 года в выездном матче 12-го тура против «Спартака-Нальчика» (2 : 2) Дик Адвокат уже не рассчитывал на Тимощука и выпустил его лишь на последних минутах. После окончания игры капитан подошёл к гостевой трибуне, выкинул свою футболку в толпу фанатов, скандировавших его имя, и окончательно попрощался с болельщиками клуба[38].
1 июля 2009 года Тимощук подписал трёхлетний контракт с мюнхенской «Баварией»[39][40][41]. Финансовые стороны сделки не разглашались, но, по информации немецких СМИ, его переход обошёлся в €14 млн[42]. Дебют футболиста состоялся 29 июля в матче турнира Audi Cup против «Милана» (4 : 1). Украинец вышел на 64-й минуте, заменив Хамита Алтынтопа. В финальной игре турнира против «Манчестер Юнайтед» полузащитник играл в стартовом составе до 77-й минуты. 8 августа дебютировал в чемпионате Германии, выйдя за 10 мин до конца матча против «Хоффенхайма» (1 : 1), заменив капитана мюнхенцев Марко ван Боммеля. Причём замена была вынужденной, поскольку сам голландец её попросил. Также новый тренер «баварцев» голландец Луи ван Гал заявил, что не видит для Анатолия места в основном составе, поскольку предпочитает украинцу на этом посту своего соотечественника ван Боммеля[43].
Тимощук на встрече с болельщиками. 2011
Свой первый гол в официальном матче забил 8 декабря 2009 года в матче группового этапа Лиги чемпионов против «Ювентуса» в ворота Джанлуиджи Буффона (4 : 1 в пользу «Баварии»)[39][40][41]. В первом же сезоне Тимощук стал с «Баварией» чемпионом и обладателем Кубка Германии. В первом круге чемпионата был игроком стартового состава[44].
Летом 2010 года Тимощук, недовольный временем, проводимым на поле, мог покинуть «Баварию», в прессе стала появляться информация об интересе к нему со стороны ряда немецких, итальянских и российских клубов. Футболист имел договорённость с «Вольфсбургом», но в последний момент совет директоров «Баварии» наложил вето на трансфер, так как, по их мнению, Тимощук позитивно влиял на микроклимат в команде.
Второй свой сезон в Германии начал на скамейке запасных, впервые появившись на поле лишь в матче 6-го тура чемпионата[44]. В стартовом составе дебютировал в 8-м туре в матче, который пропускали из-за травм многие основные игроки «Баварии», в том числе и ван Боммель. В связи с затянувшимся восстановлением ван Боммеля Тимощук вернул себе место в стартовом составе. 29 октября 2010 года в матче против «Фрайбурга» забил свой первый гол в сезоне. После матча президент «Баварии» Ули Хенесс публично заявил:
«Я сидел на трибуне и смотрел матч против „Фрайбурга“. И стал свидетелем того, что те игроки, которые не пользовались доверием ван Галя, были лучшими на поле. Я говорю о Тимощуке, Демикелисе и Гомесе. Тимощук вообще был лучшим игроком на поле во второй половине. Прискорбно, но ван Гал не принимает во внимание мнения других. Однако наш клуб сегодня не является шоу одного актёра. В нашей команде имели место несправедливости по отношению к тем или иным игрокам, однако ван Гал должен проявлять большее уважение к другим людям, имеющим определённый опыт»[45].
27 ноября 2010 года Тимощук оформил первый дубль в составе «Баварии», команда победила «Айнтрахт» со счётом 4 : 1[46]. Ван Гал стал периодически выпускать Тимощука на позиции центрального защитника, таким образом после восстановления ван Боммеля находя место на поле обоим футболистам[47].
Ведущее немецкое спортивное издание Kicker включило Тимощука в сборную первого круга Бундеслиги. Позже ван Гал заявил, что Тимощук убедил его в своей профпригодности. 25 января 2011 года официальный сайт «Баварии» сообщил о переходе ван Боммеля в «Милан». Несмотря на уход голландца, Тимощук продолжил играть центрального защитника, хорошо зарекомендовав себя на новой позиции[47].
Вторая половина сезона стала провальной для «Баварии». Мюнхенский клуб вылетел в 1/8 финала Лиги чемпионов, проиграл чемпионат и Кубок. В апреле 2011 года был уволен ван Гал[48]. Заканчивал сезон исполняющий обязанности тренера бывший ассистент ван Гала Андриес Йонкер, который в последних матчах чемпионата вернул Тимощука на место опорного полузащитника[47].
Летом 2011 года новым тренером «Баварии» стал Юпп Хайнкес, на одной из своих первых пресс-конференций заявивший, что также видит Тимощука в полузащите[49].
В своём третьем сезоне в Германии Тимощук снова остался без трофеев, несмотря на более успешные выступления клуба: «Бавария» до последнего претендовала на победы в трёх турнирах. В 12-м туре чемпионата Германии, на последних минутах матча против «Аугсбурга», Тимощук получил первую красную карточку в мюнхенской карьере и был дисквалифицирован на три матча Бундеслиги. В выездном четвертьфинале Лиги чемпионов против «Марселя» Тимощук сыграл свой 100-й матч в составе «Баварии»[50]. 29 марта 2012 года контракт Тимощука с «Баварией» был автоматически продлён на один год.
В мае «Бавария» второй раз за три года проиграла финал Лиги чемпионов. Тимощук, несмотря на хорошо проведённый финальный матч (Kicker и другие немецкие издания поставили ему одну из самых высоких оценок в команде), был раскритикован бывшим защитником мюнхенского клуба Паулем Брайтнером за отказ бить послематчевые пенальти.
Четвёртый сезон Тимощука начался с победы в Суперкубке Германии. На 79-й минуте матча против дортмундской «Боруссии» он вышел на поле вместо Франка Рибери. В последние дни летнего трансферного окна «Бавария» за €40 млн приобрела Хави Мартинеса, что должно было говорить о долгосрочной ставке на молодого испанца и сомнительных перспективах 33-летнего Тимощука. До зимнего перерыва Тимощук только четыре раза выходил в стартовом составе «Баварии»[44]. 28 ноября 2012 года в 14-м туре Бундеслиги забил гол в ворота «Фрайбурга». В кубковой игре «Баварии» против «Аугсбурга» Тимощук забил гол красивым дальним ударом, но судьи не увидели, что мяч от перекладины отскочил за линию ворот[51].
Заключительный сезон полузащитника в «Баварии» стал самым успешным в карьере Тимощука, а также самым ярким в истории мюнхенского клуба: в сезоне 2012/13 команда сделала требл, выиграв чемпионат и Кубок Германии, а также Лигу чемпионов УЕФА[52].
В начале июня 2013 года Тимощук вернулся в «Зенит», заключив соглашение на два года[53][54][55]. За это время Тимощук вновь стал чемпионом России, а также выиграл серебряные медали чемпионата[9].
За пять сезонов в составе клуба провёл 150 матчей, забил 18 мячей и отдал 5 результативных передач[4].
В начале июля 2015 года Тимощук перешёл в алма-атинский клуб «Кайрат». Контракт был рассчитан на полтора года. По информации СМИ, зарплата опорного полузащитника составляла приблизительно €1 млн в год[56]. 12 июля в своём первом матче против клуба «Кайсар» вышел с капитанской повязкой[57]. С «Кайратом» стал двукратным вице-чемпионом Казахстана (2015, 2016), выиграл Кубок и Суперкубок Казахстана[8].
10 февраля 2017 года Тимощук объявил о завершении карьеры футболиста[58].
Впервые за сборную Украины Тимощук сыграл 26 апреля 2000 года в товарищеской игре против Болгарии (1 : 0). Стал вице-капитаном. Играл в финальной части чемпионата мира по футболу — 2006 в Германии, вышел с командой в четвертьфинал и занял 5-8-е место. Является рекордсменом по числу сыгранных матчей за сборную: 144 (на 2-м месте Андрей Шевченко — 111; у остальных игроков — менее 100 игр)[47].
Забил за сборную 4 мяча. В 2016 году принял решение завершить выступления в сборной.
10 февраля 2017 года Тимощук получил тренерскую лицензию класса Pro[59]. Это позволило ему войти в тренерский штаб «Зенита». В марте 2017 года Тимощук присоединился к тренерскому штабу «Зенита» в качестве помощника главного тренера Мирчи Луческу, а с мая 2018 года стал ассистентом главного тренера Сергея Семака[60].
После начала 24 февраля 2022 года военных действий на Украине Тимощук сказал: «Нам нужен мир. Ради наших детей и родителей, ради жизни на Земле»[65], — после чего больше публично не высказывался об этом событии. В декабре 2022 года заявил, что не планирует покидать Россию, продолжил работу в должности помощника главного тренера футбольного клуба «Зенит»[66].
11 марта 2022 года Украинская ассоциация футбола (УАФ) лишила Тимощука тренерской лицензии уровня Pro, национальных футбольных титулов (чемпиона Украины, обладателя Кубка и Суперкубка) и исключила игрока из официального реестра игроков сборных команд. Украинская ассоциация футбола обратилась к властям Украины с требованием лишить Тимощука государственных наград и званий, однако таких решений принято не было[67].
30 марта 2022 года Луцкий городской совет депутатов лишил Тимощука звания «Почётный гражданин Луцка» за то, что он не сделал публичного заявления по поводу военных действий на Украине и не прекратил своё сотрудничество с российским футбольным клубом.
7 января 2023 года из-за отсутствия осуждающих публичных заявлений в связи с военными действиями на Украине[66] Тимощук был внесён в санкционный список Украины.
В конце января 2023 года УАФ отклонила жалобу Тимощука, пытавшегося оспорить лишение футбольных титулов, лицензии тренера и отлучение от украинского футбола.
18 ноября 2024 года Спортивный арбитражный суд (CAS) удовлетворил иск Тимощука к Украинской ассоциации футбола, в котором он оспорил лишение его тренерской лицензии и всех завоёванных трофеев[68]. В решении CAS говорится, что титулы Тимощука «не подлежат лишению в данных обстоятельствах», поскольку ему не предъявлялось никаких обвинений, связанных с завоеванием данных титулов[69].16 мая 2025 года офис Генерального прокурора Украины сообщил о том, что Анатолию Тимощуку заочно предъявлено обвинение в поддержке Вооружённых сил России.
Тимощук является основателем фонда «Рух Молоді» (рус. «Движение молодёжи»), который занимается строительством футбольных площадок с искусственным газоном, баскетбольных площадок в Белой Церкви, проведением футбольного турнира имени Андрея Гусина. Кроме этого, фонд оказывает помощь детям в Донецкой и Луганской областях[73].
17 апреля 2015 года Тимощук вошёл в состав совета стратегического развития профессионального футбола Федерации футбола Украины[74].