Место рождения: Луцк.
В "Шахтере" с марта 1998 года. Дебютировал в команде 10 апреля 98 года в игре против "таврии". Всего за "Шахтёр" провёл 324 официальных матча, забил 39 голов.
В составе национальной сборной Украины (по состоянию на февраль 2007 года) 65 матчей, 1 гол.
Трехкратный чемпион Украины (2001/02, 2004/05, 2005/06). Пятикратный серебряный призёр чемпионатов Украины. Трехкратный обладатель Кубка Украины (2001, 2002, 2004). Обладатель Суперкубка Украины (2005). Участник ЧМ-2006 в Германии.
По версии ПФЛ Анатолий Тимощук был назван Лучшим футболистом Украины 2005 года.
28 февраля 2007 года Анатолий Тимощук перешёл в российский "Зенит". Сумма трансфера стала рекордной в истории СНГ. Переход Тимощука был оценён в 20 миллионов долларов.