Överste Israel Shomer sköt mot Mohammed Kasbeh efter att den 17-årige kastade en sten på hans fordon på Västbanken.
Israels militär sade då att överste Shomer kände att hans liv var i fara.
Men videon som släpptes av B'Tselem verkar visa att tonåringen sprang iväg efter att ha attackerat fordonet. Soldater hoppar sedan ut och förföljer honom.
B'Tselem sa också att medicinska bevis tyder på att han blev skjuten i ryggen.
Den israeliska militären har inte kommenterat videon, men i Times of Israel rapporterades det att överste Shomer under försiktighet hade blivit intervjuad av militärpolisen som undersökte skottlossningen efter dess frigivning.
Incidenten ägde rum den 3 juli vid Qalandiya-kontrollen mellan Jerusalem och Ramallah, platsen för täta sammandrabbningar mellan palestinska demonstranter och israeliska trupper.
Ett fordon som bar överste Shomer, befälhavare för arméns Binyaminbrigad, träffades av stenar som kastades av en grupp ungdomar och krossade dess vindruta.
Israels försvarsstyrkor (IDF) sade vid den tiden att översten klev ur fordonet och beordrade stenkastarna att stanna, avfyra en varning skott i luften. När attacken fortsatte, öppnade han eld mot huvudförövaren, det tillade.
IDF betonade att överste Shomer trodde att han befann sig i "minus dödlig fara" och flera regeringsmedlemmar lovordade hans handlingar.
Men vittnen kastar tvivel på befälhavarens konto.
Ahmed Taher, 17, som kastade stenar bredvid Kasbeh, sade till Washington Post efter sin begravning: "Vi sprang iväg."
Fahdi Ziad, som arbetar på en bensinstation i närheten, berättade för Väktaren att tre israeliska soldater - två med hjälm och en utan en - jagade efter tonåringarna och öppnade eld.
Ziad sade att Kasbeh var ungefär 10-15m (33-49ft) från soldaterna när han sköts. "Efter att han föll på marken gick soldaten utan hjälm och kollade honom och sparkade honom", tillade han.
Palestinska läkare sade också att tonåringen sköts i ryggen och på sidan av huvudet.
På måndagen släppte B'Tselem videofilmer som spelades in av en övervakningskamera på bensinstationen och som visade ögonblicken före inspelningen.
Det visar en person som tros vara Kasbeh som springer mot det israeliska arméfordonet när det passerar förbi och kastar en sten. Han springer sedan iväg när bilen sedan bromsar plötsligt och minst två soldater kommer ut, brandishing vapen.
I ett uttalande, B'Tselem sa filmen visade Col Shomers påstående om självförsvar var "orimlig".
"Det råder inget tvivel om att jeepens framrutas krossande med en sten hotade passagerarna när det hände. Kasbeh sköts dock i ryggen efter det faktum att han redan flydde och inte utgjorde något "dödligt hot" mot soldaterna. Att känna en känsla av fara räcker inte för att rättfärdiga någon handling."
Rättighetsgruppen noterade också att videon motsade IDF:s påstående att Col Shomer hade genomfört "misstänkt förfarande".
"Militära regler för öppen eld tillåter skottlossning på en misstänkts ben för att underlätta gripandet. De tillåter inte att döda honom genom att skjuta tre skott på hans överkropp, "tillade det.
Thaer Kasbah, den döde tonåringens bror, berättade för Associated Press att det framgick av videon att Col Shomer "vill döda honom".
Rättning 14 Juli 2015: En tidigare rubrik om denna berättelse som föreslog videon visade Mohammed Kasbeh som blev skjuten har ändrats.
En israelisk människorättsgrupp har publicerat en video där det står att den strider mot berättelsen om en israelisk arméofficer som sköt ihjäl en palestinsk tonåring.