Ο Τιμοστσούκ ξεκίνησε την επαγγελματική του σταδιοδρομία στη Βολίν Λουτσκ. Μετακόμισε για να παίξει στη Σαχτάρ Ντονέτσκ, στην οποία έγινε αρχηγός και κέρδισε το Πρωτάθλημα Ουκρανίας, το Κύπελλο Ουκρανίας και το Σούπερ Καπ Ουκρανίας. Το 2008, κέρδισε το Κύπελλο ΟΥΕΦΑ και το ΟΥΕΦΑ Σούπερ Καπ ως αρχηγός της Ζενίτ Αγίας Πετρούπολης. Κέρδισε επίσης το Πρωτάθλημα Ρωσίας και το Σούπερ Καπ Ρωσίας. Μετά την ένταξή του στη γερμανική Μπάγερν Μονάχου, ο Τιμοστσούκ κέρδισε τη Μπούντεσλιγκα, το Κύπελλο Γερμανίας και το Σούπερ Καπ Γερμανίας. Με τη Μπάγερν, κέρδισε επίσης το ΟΥΕΦΑ Τσάμπιονς Λιγκ το 2013 και τερμάτισε δεύτερος το 2010 και το 2012.