Анатолий Александрович Тимощук родился 30 марта 1979 года в украинском Луцке и начал карьеру в местной «Волыни». В 1998 году перешел в донецкий «Шахтер», в составе которого провел 326 матчей и забил 39 голов, страл трехкратным чемпионом Украины, обладателем трех Кубков и Суперкубка страны.
В 2007 году присоединился к «Зениту». В составе команды Тимощук стал чемпионом России, выиграл Суперкубок страны, Кубок и Суперкубок УЕФА.
1 июля 2009 года заключил контракт с мюнхенской «Баварией», где за четыре года провел 132 матча, забил 6 мячей, стал двукратным чемпионом Германии, двукратным обладателем Кубка страны, двух Суперкубков Германии и выиграл Лигу чемпионов УЕФА.
В 2013 году вернулся в «Зенит» и выиграл чемпионат России. За пять сезонов в составе сине-бело-голубых Тимощук провел 150 матчей, забил 18 мячей и отдал 5 результативных передач.
Игровую карьеру полузащитник завершил в казахстанском «Кайрате», где за полтора года выиграл Кубок и Суперкубок страны.
В марте 2016 года присоединился к тренерскому штабу «Зенита».
